Seminar Flatcar Container Linux – Intensivseminar Kubernetes-Plattformen

Das Intensivseminar fasst die Flatcar-Themen für Kubernetes-Plattformen in einem durchgängigen Aufbau zusammen. Provisionierung, systemd-sysext, containerd, kubeadm, Control Plane, etcd, CNI, Storage, Security, Monitoring, Updatekoordination und Recovery werden als zusammenhängender Plattformlebenszyklus bearbeitet.

Lernziele

• Flatcar-Knoten für Kubernetes deklarativ und versionssicher bereitstellen
• Einen kubeadm-basierten Cluster mit hochverfügbarer Control Plane aufbauen
• Netzwerk, DNS, Storage, Registry und Sicherheitskontrollen integrieren
• Knotenupdates und Kubernetes-Upgrades kontrolliert koordinieren
• Ausfälle diagnostizieren und den Cluster aus gesicherten Zuständen wiederherstellen

Inhaltsübersicht

1. Kubernetes-Zielarchitektur auf Flatcar
2. Butane- und Ignition-Basis
3. systemd-sysext und Kubernetes-Binaries
4. containerd und Kubelet
5. Control Plane und API-Endpunkt
6. etcd und weitere Control-Plane-Knoten
7. CNI, DNS und Network Policies
8. Worker und Workload-Platzierung
9. Persistenter Storage
10. Security und Beobachtbarkeit
11. Updates und Upgrades
12. Recovery und Abschlusscluster

Kapitel 1: Kubernetes-Zielarchitektur auf Flatcar

Inhaltsverzeichnis des Kapitels: Versionen; Knotenrollen; Zonen und Netze; Verfügbarkeit.

1. Schritt 1: Ausgangslage, Zielzustand und Abhängigkeiten für Versionen erfassen.
2. Schritt 2: Knotenrollen anhand fachlicher, technischer und betrieblicher Kriterien strukturieren.
3. Schritt 3: Zonen und Netze mit messbaren Prüfkriterien und klaren Verantwortlichkeiten bewerten.
4. Schritt 4: Entscheidungen zu Verfügbarkeit in einer nachvollziehbaren Architektur- oder Betriebsmatrix dokumentieren.

Praxisübung: Eine belastbare Architektur- und Versionsmatrix für Control Plane, Worker, Runtime, CNI und Storage wird erstellt.

Kapitel 2: Butane- und Ignition-Basis

Inhaltsverzeichnis des Kapitels: Benutzer und SSH; Kernelparameter; Units; rollenspezifische Konfiguration.

1. Schritt 1: Konfigurationsziel und erforderliche Eingaben für Benutzer und SSH festlegen.
2. Schritt 2: Kernelparameter in versionierten Dateien umsetzen und vor der Bereitstellung syntaktisch prüfen.
3. Schritt 3: Units in einer isolierten Testumgebung anwenden und mit Status-, Log- und Funktionsprüfungen verifizieren.
4. Schritt 4: rollenspezifische Konfiguration als Änderungs- oder Fehlerfall testen und den Rücknahmeweg dokumentieren.

Praxisübung: Wiederverwendbare Basiskonfigurationen für alle Knotenrollen werden gebaut und lokal getestet.

Kapitel 3: systemd-sysext und Kubernetes-Binaries

Inhaltsverzeichnis des Kapitels: kubeadm; kubelet; kubectl; Versionierung und Update.

1. Schritt 1: Konfigurationsziel und erforderliche Eingaben für kubeadm festlegen.
2. Schritt 2: kubelet in versionierten Dateien umsetzen und vor der Bereitstellung syntaktisch prüfen.
3. Schritt 3: kubectl in einer isolierten Testumgebung anwenden und mit Status-, Log- und Funktionsprüfungen verifizieren.
4. Schritt 4: Versionierung und Update als Änderungs- oder Fehlerfall testen und den Rücknahmeweg dokumentieren.

Praxisübung: Die Kubernetes-Binaries werden als kontrollierte Erweiterung aktiviert und mit einer Freigabematrix verknüpft.

Kapitel 4: containerd und Kubelet

Inhaltsverzeichnis des Kapitels: CRI; cgroup v2; Registry; Ressourcenreservierung.

1. Schritt 1: Knotenrolle, Versionen und Voraussetzungen für CRI festlegen.
2. Schritt 2: cgroup v2 deklarativ konfigurieren und vor dem Clusterbeitritt lokal prüfen.
3. Schritt 3: Registry mit den vorgesehenen Kubernetes-Werkzeugen ausführen und Komponentenstatus sowie Logs verifizieren.
4. Schritt 4: Wartungs-, Ausfall- und Rückfallverhalten für Ressourcenreservierung testen und als Cluster-Runbook dokumentieren.

Praxisübung: Runtime und Kubelet werden gehärtet, gestartet und mit funktionalen sowie Ressourcenprüfungen abgenommen.

Kapitel 5: Control Plane und API-Endpunkt

Inhaltsverzeichnis des Kapitels: Load Balancer; kubeadm init; Zertifikate; Adminzugriff.

1. Schritt 1: Knotenrolle, Versionen und Voraussetzungen für Load Balancer festlegen.
2. Schritt 2: kubeadm init deklarativ konfigurieren und vor dem Clusterbeitritt lokal prüfen.
3. Schritt 3: Zertifikate mit den vorgesehenen Kubernetes-Werkzeugen ausführen und Komponentenstatus sowie Logs verifizieren.
4. Schritt 4: Wartungs-, Ausfall- und Rückfallverhalten für Adminzugriff testen und als Cluster-Runbook dokumentieren.

Praxisübung: Der API-Endpunkt und der erste Control-Plane-Knoten werden reproduzierbar aufgebaut.

Kapitel 6: etcd und weitere Control-Plane-Knoten

Inhaltsverzeichnis des Kapitels: Join; Quorum; Sicherung; Mitgliederausfall.

1. Schritt 1: Knotenrolle, Versionen und Voraussetzungen für Join festlegen.
2. Schritt 2: Quorum deklarativ konfigurieren und vor dem Clusterbeitritt lokal prüfen.
3. Schritt 3: Sicherung mit den vorgesehenen Kubernetes-Werkzeugen ausführen und Komponentenstatus sowie Logs verifizieren.
4. Schritt 4: Wartungs-, Ausfall- und Rückfallverhalten für Mitgliederausfall testen und als Cluster-Runbook dokumentieren.

Praxisübung: Ein HA-Verbund wird ergänzt und gegen den Ausfall eines etcd-Mitglieds getestet.

Kapitel 7: CNI, DNS und Network Policies

Inhaltsverzeichnis des Kapitels: Pod-Netz; CoreDNS; Service-Netz; Segmentierung.

1. Schritt 1: Interfaces, Adressräume und Abhängigkeiten für Pod-Netz erfassen.
2. Schritt 2: CoreDNS deklarativ konfigurieren und die effektive Laufzeitkonfiguration prüfen.
3. Schritt 3: Konnektivität, Routing und Namensauflösung für Service-Netz schrittweise verifizieren.
4. Schritt 4: Fehlerfall, Fallback und Diagnoseweg für Segmentierung dokumentieren.

Praxisübung: Clusterkommunikation wird eingerichtet und mit einer gezielten Netzwerkregel abgesichert.

Kapitel 8: Worker und Workload-Platzierung

Inhaltsverzeichnis des Kapitels: Join; Labels und Taints; Requests und Limits; Disruption Budgets.

1. Schritt 1: Knotenrolle, Versionen und Voraussetzungen für Join festlegen.
2. Schritt 2: Labels und Taints deklarativ konfigurieren und vor dem Clusterbeitritt lokal prüfen.
3. Schritt 3: Requests und Limits mit den vorgesehenen Kubernetes-Werkzeugen ausführen und Komponentenstatus sowie Logs verifizieren.
4. Schritt 4: Wartungs-, Ausfall- und Rückfallverhalten für Disruption Budgets testen und als Cluster-Runbook dokumentieren.

Praxisübung: Worker werden klassifiziert und Workloads so verteilt, dass Wartung und Ausfall toleriert werden.

Kapitel 9: Persistenter Storage

Inhaltsverzeichnis des Kapitels: CSI; Storage Classes; Zonen; Snapshots und Restore.

1. Schritt 1: Datenklasse, Gerätepfad und Wiederherstellungsziel für CSI festlegen.
2. Schritt 2: Storage Classes deklarativ einrichten und Abhängigkeiten zu Boot, Netzwerk oder Diensten definieren.
3. Schritt 3: Integrität, Persistenz und Ausfallverhalten von Zonen mit kontrollierten Tests prüfen.
4. Schritt 4: Sicherung, Wiederanbindung und Rückfall für Snapshots und Restore dokumentieren.

Praxisübung: Eine zustandsbehaftete Anwendung wird bereitgestellt und nach Knotenverlust aus persistenten Daten wieder aufgenommen.

Kapitel 10: Security und Beobachtbarkeit

Inhaltsverzeichnis des Kapitels: Host-Hardening; RBAC; Logs und Metriken; Audit.

1. Schritt 1: Schutzbedarf, Bedrohungen und zulässige Vertrauensgrenzen für Host-Hardening bestimmen.
2. Schritt 2: RBAC nach dem Prinzip minimaler Rechte konfigurieren und versionieren.
3. Schritt 3: Die Wirksamkeit der Kontrolle für Logs und Metriken mit erlaubten und unerlaubten Testfällen prüfen.
4. Schritt 4: Nachweise, Ausnahmen und Wiederherstellungsweg für Audit dokumentieren.

Praxisübung: Host- und Clusterkontrollen werden kombiniert und mit zentralen Signalen überprüfbar gemacht.

Kapitel 11: Updates und Upgrades

Inhaltsverzeichnis des Kapitels: Drain; Reboot-Koordination; Flatcar-Update; kubeadm upgrade.

1. Schritt 1: Knotenrolle, Versionen und Voraussetzungen für Drain festlegen.
2. Schritt 2: Reboot-Koordination deklarativ konfigurieren und vor dem Clusterbeitritt lokal prüfen.
3. Schritt 3: Flatcar-Update mit den vorgesehenen Kubernetes-Werkzeugen ausführen und Komponentenstatus sowie Logs verifizieren.
4. Schritt 4: Wartungs-, Ausfall- und Rückfallverhalten für kubeadm upgrade testen und als Cluster-Runbook dokumentieren.

Praxisübung: Ein kompletter Wartungs- und Upgradezyklus wird mit Stop- und Rückfallpunkten durchgeführt.

Kapitel 12: Recovery und Abschlusscluster

Inhaltsverzeichnis des Kapitels: NotReady und Netzwerkfehler; Control-Plane-Ausfall; etcd-Restore; Abnahme.

1. Schritt 1: Das Fehlerbild im Bereich NotReady und Netzwerkfehler reproduzieren und eine unveränderte Zeitlinie sichern.
2. Schritt 2: Logs, Statusdaten und Abhängigkeiten zu Control-Plane-Ausfall erfassen und gegeneinander abgleichen.
3. Schritt 3: Die Ursache durch gezielte Prüfungen von etcd-Restore eingrenzen und die kleinste wirksame Korrektur anwenden.
4. Schritt 4: Wiederherstellung, Nachkontrolle und Prävention für Abnahme in einem Runbook festhalten.

Praxisübung: Mehrere Fehler werden simuliert, behoben und der Gesamtcluster anhand technischer Betriebsziele abgenommen.

Methodik und Arbeitsumgebung

Inhaltsverzeichnis des Kapitels: Lernform; Laboraufbau; Validierung; Fehlerfälle und Rücknahme.

Vortrag, technische Einordnung, Live-Demonstrationen und geführte Übungen wechseln sich ab. Jede Konfiguration wird in einer isolierten Laborumgebung erstellt, versioniert, geprüft, angewendet und anhand von Status-, Log- und Funktionskontrollen abgenommen. Fehlerfälle und Rücknahmewege sind Bestandteil der Übungen.