Seminar Flatcar Container Linux – Kubernetes-Nodes mit kubeadm

Flatcar eignet sich als schlanke und reproduzierbare Basis für Kubernetes-Knoten. Das Seminar setzt einen kubeadm-basierten Cluster auf, verbindet Butane, Ignition, systemd-sysext, containerd, Kubelet, CNI und Registry-Zugriff und behandelt anschließend Knotenwartung, Updates, Upgrades und Fehleranalyse.

Lernziele

• Flatcar-Knoten passend für kubeadm und containerd provisionieren
• Kubernetes-Binaries und systemd-Einheiten versionskontrolliert bereitstellen
• Control Plane und Worker mit kubeadm aufbauen und verifizieren
• CNI, DNS, Registry-Zugriff und Knotenparameter integrieren
• Knoten sicher warten, aktualisieren, upgraden und ersetzen

Inhaltsübersicht

1. Knotenarchitektur und Versionsmatrix
2. Provisionierung mit Butane und Ignition
3. Kubernetes-Binaries mit systemd-sysext
4. Containerd und Kubelet
5. Control Plane mit kubeadm init
6. Worker mit kubeadm join
7. CNI, DNS und Registry-Zugriff
8. Knotenbetrieb und Wartung
9. Flatcar- und Kubernetes-Upgrades
10. Troubleshooting und Ersatzknoten

Kapitel 1: Knotenarchitektur und Versionsmatrix

Inhaltsverzeichnis des Kapitels: Flatcar-Kanal; Kubernetes-Version; containerd; CNI und Kernel.

1. Schritt 1: Ausgangslage, Zielzustand und Abhängigkeiten für Flatcar-Kanal erfassen.
2. Schritt 2: Kubernetes-Version anhand fachlicher, technischer und betrieblicher Kriterien strukturieren.
3. Schritt 3: containerd mit messbaren Prüfkriterien und klaren Verantwortlichkeiten bewerten.
4. Schritt 4: Entscheidungen zu CNI und Kernel in einer nachvollziehbaren Architektur- oder Betriebsmatrix dokumentieren.

Praxisübung: Eine kompatible Versions- und Freigabematrix wird erstellt und mit klaren Upgradegrenzen versehen.

Kapitel 2: Provisionierung mit Butane und Ignition

Inhaltsverzeichnis des Kapitels: Benutzer und SSH; Kernelparameter; Dateien und Units; Knotenrollen.

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: Dateien und Units in einer isolierten Testumgebung anwenden und mit Status-, Log- und Funktionsprüfungen verifizieren.
4. Schritt 4: Knotenrollen als Änderungs- oder Fehlerfall testen und den Rücknahmeweg dokumentieren.

Praxisübung: Getrennte Butane-Konfigurationen für Control Plane und Worker werden erstellt, validiert und lokal gebootet.

Kapitel 3: Kubernetes-Binaries mit systemd-sysext

Inhaltsverzeichnis des Kapitels: kubeadm; kubelet; kubectl; Erweiterungsaktivierung.

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: Erweiterungsaktivierung als Änderungs- oder Fehlerfall testen und den Rücknahmeweg dokumentieren.

Praxisübung: Die erforderlichen Binaries werden als Systemerweiterung bereitgestellt, aktiviert und gegen die vorgesehene Version geprüft.

Kapitel 4: Containerd und Kubelet

Inhaltsverzeichnis des Kapitels: CRI-Socket; cgroup v2; Kubelet-Konfiguration; Systemreservierung.

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

Praxisübung: Runtime und Kubelet werden gestartet und mit CRI-, cgroup- und Ressourcenprüfungen abgenommen.

Kapitel 5: Control Plane mit kubeadm init

Inhaltsverzeichnis des Kapitels: ClusterConfiguration; API-Endpunkt; Zertifikate; Admin-Kubeconfig.

1. Schritt 1: Knotenrolle, Versionen und Voraussetzungen für ClusterConfiguration festlegen.
2. Schritt 2: API-Endpunkt 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 Admin-Kubeconfig testen und als Cluster-Runbook dokumentieren.

Praxisübung: Der erste Control-Plane-Knoten wird aus einer versionierten kubeadm-Konfiguration initialisiert und sicher administrierbar gemacht.

Kapitel 6: Worker mit kubeadm join

Inhaltsverzeichnis des Kapitels: Bootstrap Token; CA-Hash; Node Registration; Labels und Taints.

1. Schritt 1: Knotenrolle, Versionen und Voraussetzungen für Bootstrap Token festlegen.
2. Schritt 2: CA-Hash deklarativ konfigurieren und vor dem Clusterbeitritt lokal prüfen.
3. Schritt 3: Node Registration mit den vorgesehenen Kubernetes-Werkzeugen ausführen und Komponentenstatus sowie Logs verifizieren.
4. Schritt 4: Wartungs-, Ausfall- und Rückfallverhalten für Labels und Taints testen und als Cluster-Runbook dokumentieren.

Praxisübung: Mehrere Worker werden hinzugefügt, eindeutig klassifiziert und mit einem Testworkload belastet.

Kapitel 7: CNI, DNS und Registry-Zugriff

Inhaltsverzeichnis des Kapitels: Pod-Netz; CoreDNS; Network Policy; Registry-Zertifikate.

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 Network Policy schrittweise verifizieren.
4. Schritt 4: Fehlerfall, Fallback und Diagnoseweg für Registry-Zertifikate dokumentieren.

Praxisübung: Netzwerk und Namensauflösung werden eingerichtet; ein privates Image wird über einen geschützten Registry-Pfad bezogen.

Kapitel 8: Knotenbetrieb und Wartung

Inhaltsverzeichnis des Kapitels: cordon und drain; Reboot; Kapazitätsprüfung; Wiederfreigabe.

1. Schritt 1: Sollzustand und Prüfkriterien für cordon und drain festlegen.
2. Schritt 2: Den aktuellen Zustand von Reboot mit geeigneten Systemwerkzeugen erfassen.
3. Schritt 3: Kapazitätsprüfung kontrolliert durchführen und technische Auswirkungen währenddessen beobachten.
4. Schritt 4: Abweichungen im Bereich Wiederfreigabe behandeln und den Ablauf als Runbook festhalten.

Praxisübung: Ein Worker wird geordnet entlastet, neu gestartet und erst nach vollständiger Zustandsprüfung wieder für Scheduling freigegeben.

Kapitel 9: Flatcar- und Kubernetes-Upgrades

Inhaltsverzeichnis des Kapitels: Update-Kanal; kubeadm upgrade; Kubelet-Version; Rollback-Grenzen.

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

Praxisübung: Ein abgestimmter Upgradeablauf wird in einer Testumgebung ausgeführt und mit Abbruch-, Prüf- und Rückfallpunkten dokumentiert.

Kapitel 10: Troubleshooting und Ersatzknoten

Inhaltsverzeichnis des Kapitels: NotReady-Zustand; Runtimefehler; CNI-Fehler; Neuaufbau.

1. Schritt 1: Das Fehlerbild im Bereich NotReady-Zustand reproduzieren und eine unveränderte Zeitlinie sichern.
2. Schritt 2: Logs, Statusdaten und Abhängigkeiten zu Runtimefehler erfassen und gegeneinander abgleichen.
3. Schritt 3: Die Ursache durch gezielte Prüfungen von CNI-Fehler eingrenzen und die kleinste wirksame Korrektur anwenden.
4. Schritt 4: Wiederherstellung, Nachkontrolle und Prävention für Neuaufbau in einem Runbook festhalten.

Praxisübung: Ein fehlerhafter Worker wird diagnostiziert und anschließend reproduzierbar als Ersatzknoten neu bereitgestellt.

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.