Creació d'un entorn de laboratori per a Kubernetes amb VirtualBox

En aquest laboratori, es crearà un entorn de Kubernetes utilitzant VirtualBox com a plataforma de virtualització. L'objectiu és proporcionar un entorn de prova i desenvolupament per a Kubernetes, permetent als usuaris experimentar amb la configuració i gestió de clústers de Kubernetes en un entorn controlat.

El laboratori es compatible amb els cursos de The Linux Foundation:

• Kubernetes Fundamentals (LFS258)
• Kubernetes for Developers (LFD259)
• Kubernetes Security Essentials (LFS260)

Es crearan dues màquines virtuals amb VirtualBox: una per al node mestre (control plane) i una altra per al node de treball (worker node). Aquestes màquines virtuals s'utilitzaran per desplegar un clúster de Kubernetes i experimentar amb les seves funcionalitats.

El sistema operatiu amfitrió (host) que allotjarà les màquines virtuals és un sistema operatiu macOS Tahoe amb VirtualBox instal·lat. Les màquines virtuals utilitzaran Ubuntu Server 26.04 LTS (arm) com a sistema operatiu convidat (guest OS).

Generació de les claus SSH per accedir a les màquines virtuals sense contrasenya:

ssh-keygen -t rsa -b 4096 -C "k8s-lab-student" -f ~/.ssh/id_rsa_k8s-lab-student

Creació de la màquina virtual del node mestre

Recursos de la màquina virtual del node mestre:

• Memòria RAM: 2 GB (2048 MB)
• Disc dur virtual: 20 GB (dinàmicament assignat)
• CPUs: 2
• Xarxes de la màquina virtual:
  • NIC1 = NAT → sortida a internet + SSH via port forwarding (2222:22)
  • NIC2 = xarxa interna → comunicació entre nodes del clúster

Podem crear la màquina virtual del node mestre amb VirtualBox utilitzant la interfície gràfica i la línia d'ordres. A continuació, es detallen els passos per crear la màquina virtual del node mestre.

Important

La creació de la màquina virtual també es pot fer de manera desatesa amb l'script vb-k8s-master.sh.

Tip

La màquina virtual es pot eliminar amb la comanda següent:

VBoxManage unregistervm k8s-master --delete

Tip

Per comprovar que la màquina virtual s'ha creat correctament, podeu utilitzar la comanda següent:

VBoxManage list vms

Tip

Després de crear la màquina virtual del node mestre, podeu iniciar-la amb la comanda següent:

VBoxManage startvm k8s-master --type headless

Tip

Per aturar la màquina virtual del node mestre, podeu utilitzar la comanda següent:

VBoxManage controlvm k8s-master acpipowerbutton

Tip

L'estat de la màquina es pot comprovar amb la següent ordre:

VBoxManage guestproperty enumerate k8s-master

1. Obriu VirtualBox i feu clic a "Nou" per crear una nova màquina virtual.
2. Instal·leu Ubuntu Server a la màquina virtual amb instal·lació desatesa. Creeu una nova màquina virtual per mostrar els diàlegs:
   1. Virtual machine name and operating system
      • VM Name:"k8s-master"
      • Marqueu la casella "Proceed with Unattended installation"
      • Seleccione el camí al fitxer ISO d'Ubuntu Server 26.04 LTS (arm) que heu baixat.
   2. Set up user unattended guest OS installation
      • User name: "student"
      • Password: "k8s12345"
      • Confirm password: "k8s12345"
      • Hostname: "k8s-master"
      • Domain name: "laboratory.org"
   3. Specify virtual hardware
      • Base Memory: 2048 MB
      • Number of CPUs: 2
      • Marqueu la casella "Use EFI"
   4. Specify virtual hard disk
      • Seleccioneu l'opció Create a virtual hard disk now
      • Disk Size: 20 GB
      • Hard Disk File Type and Format: VDI (VirtualBox Disk Image)
        • no marqueu la casella Pre-allocate Full Size perquè volem que el disc dur virtual sigui dinàmicament assignat.

Per habilitar ssh a la màquina virtual del node mestre, executeu les ordres següents:

sudo systemctl enable ssh
sudo systemctl start ssh

També heu d'afegir "Port Forwarding" a la màquina virtual del node mestre per permetre l'accés remot am ssh, podeu utilitzar l'ordre següent (cal aturar la màquina virtual abans d'afegir el port forwarding):

VBoxManage modifyvm k8s-master --natpf1 "ssh,tcp,,2222,,22"

Per connectar-vos a la màquina virtual:

ssh student@127.0.0.1 -p 2222

Configuració del fitxer ssh config:

Host k8s-master
  HostName 127.0.0.1
  User student
  Port 2222
  IdentityFile ~/.ssh/id_rsa_k8s-lab-student

Copieu la clau pública SSH generada a l'amfitrió al node mestre per permetre l'autenticació sense contrasenya. Podeu fer-ho utilitzant la comanda ssh-copy-id o manualment afegint la clau pública al fitxer ~/.ssh/authorized_keys del node mestre.

ssh-copy-id -i ~/.ssh/id_rsa_k8s-lab-student.pub -p 2222 student@127.0.0.1

Ara podeu connectar-vos al node mestre amb la comanda següent:

ssh k8s-master

o bé

ssh student@127.0.0.1 -p 2222 -i ~/.ssh/id_rsa_k8s-lab-student

1. Inicieu la màquina virtual del node mestre i configureu la interfície de xarxa interna amb una adreça IP estàtica. Podeu fer-ho editant el fitxer de configuració de xarxa a Ubuntu Server, normalment ubicat a /etc/netplan/00-installer-config.yaml.
   • Executeu la següent ordre per obtenir les interfícies de xarxa disponibles: ip addr
   • Editeu el fitxer /etc/netplan/00-installer-config.yaml i afegiu la configuració de la interfície de xarxa interna amb l'adreça IP estàtica 192.168.2.1/24.
   • Apliqueu la configuració de xarxa amb la comanda sudo netplan apply
   • Modificacions del fitxer /etc/netplan/00-installer-config.yaml:

    enp0s4:
      dhcp4: false
      dhcp6: false
      match:
        macaddress: 08:00:27:00:00:02
      set-name: enp0s4
      addresses:
        - 192.168.2.1/24

Creació de la màquina virtual del node de treball

Recursos de la màquina virtual del node de treball:

• Memòria RAM: 2 GB (2048 MB)
• Disc dur virtual: 20 GB (dinàmicament assignat)
• CPUs: 2
• Xarxes de la màquina virtual:
  • NIC1 = NAT → sortida a internet + SSH via port forwarding (2223:22)
  • NIC2 = xarxa interna → comunicació entre nodes del clúster

Podem crear la màquina virtual del node de treball amb VirtualBox utilitzant la interfície gràfica i la línia d'ordres. A continuació, es detallen els passos per crear la màquina virtual del node de treball.

Important

La creació de la màquina virtual també es pot fer de manera desatesa amb l'script vb-k8s-worker.sh.

Tip

La màquina virtual es pot eliminar amb la comanda següent:

VBoxManage unregistervm k8s-worker-01 --delete

Tip

Per comprovar que la màquina virtual s'ha creat correctament, podeu utilitzar la comanda següent:

VBoxManage list vms

Tip

Després de crear la màquina virtual del node de treball, podeu iniciar-la amb la comanda següent:

VBoxManage startvm k8s-worker-01 --type headless

Tip

Per aturar la màquina virtual del node de treball, podeu utilitzar la comanda següent:

VBoxManage controlvm k8s-worker-01 acpipowerbutton

Tip

L'estat de la màquina es pot comprovar amb la següent ordre:

VBoxManage guestproperty enumerate k8s-worker-01

1. Obriu VirtualBox i feu clic a "Nou" per crear una nova màquina virtual.
2. Instal·leu Ubuntu Server a la màquina virtual amb instal·lació desatesa. Creeu una nova màquina virtual per mostrar els diàlegs:
   1. Virtual machine name and operating system
      • VM Name:"k8s-worker-01"
      • Marqueu la casella "Proceed with Unattended installation"
      • Seleccione el camí al fitxer ISO d'Ubuntu Server 26.04 LTS (arm) que heu baixat.
   2. Set up user unattended guest OS installation
      • User name: "student"
      • Password: "k8s12345"
      • Confirm password: "k8s12345"
      • Hostname: "k8s-worker-01"
      • Domain name: "laboratory.org"
   3. Specify virtual hardware
      • Base Memory: 2048 MB
      • Number of CPUs: 2
      • Marqueu la casella "Use EFI"
   4. Specify virtual hard disk
      • Seleccioneu l'opció Create a virtual hard disk now
      • Disk Size: 20 GB
      • Hard Disk File Type and Format: VDI (VirtualBox Disk Image)
        • no marqueu la casella Pre-allocate Full Size perquè volem que el disc dur virtual sigui dinàmicament assignat.

Per habilitar ssh a la màquina virtual del node de treball, executeu les ordres següents:

sudo systemctl enable ssh
sudo systemctl start ssh

També heu d'afegir "Port Forwarding" a la màquina virtual del node de treball per permetre l'accés remot am ssh, podeu utilitzar la comanda següent (cal aturar la màquina virtual abans d'afegir el port forwarding):

VBoxManage modifyvm k8s-worker-01 --natpf1 "ssh,tcp,,2223,,22"

Per connectar-vos a la màquina virtual:

ssh student@127.0.0.1 -p 2223

Configuració del fitxer ssh config:

Host k8s-worker-01
  HostName 127.0.0.1
  User student
  Port 2223
  IdentityFile ~/.ssh/id_rsa_k8s-lab-student

Copieu la clau pública SSH generada a l'amfitrió al node de treball per permetre l'autenticació sense contrasenya. Podeu fer-ho utilitzant la comanda ssh-copy-id o manualment afegint la clau pública al fitxer ~/.ssh/authorized_keys del node de treball.

ssh-copy-id -i ~/.ssh/id_rsa_k8s-lab-student.pub -p 2223 student@127.0.0.1

Ara podeu connectar-vos al node de treball amb la comanda següent:

ssh k8s-worker-01

o bé

ssh student@127.0.0.1 -p 2223 -i ~/.ssh/id_rsa_k8s-lab-student

1. Inicieu la màquina virtual del node de treball i configureu la interfície de xarxa interna amb una adreça IP estàtica. Podeu fer-ho editant el fitxer de configuració de xarxa a Ubuntu Server, normalment ubicat a /etc/netplan/00-installer-config.yaml.
   • Executeu la següent ordre per obtenir les interfícies de xarxa disponibles: ip addr
   • Editeu el fitxer /etc/netplan/00-installer-config.yaml i afegiu la configuració de la interfície de xarxa interna amb l'adreça IP estàtica 192.168.2.2/24.
   • Apliqueu la configuració de xarxa amb la comanda sudo netplan apply
   • Modificacions del fitxer /etc/netplan/00-installer-config.yaml:

    enp0s4:
      dhcp4: false
      dhcp6: false
      match:
        macaddress: 08:00:27:00:00:FF
      set-name: enp0s4
      addresses:
        - 192.168.2.2/24