Configuração Home Lab com Cluster Kubernetes com k3s, Flannel e MetalLB no Raspberry Pi 4.

Este repositório documenta a configuração de um cluster Kubernetes usando Raspberry Pi 4, k3s, Flannel e MetalLB. O objetivo é fornecer um guia passo a passo para configurar um cluster funcional e acessível a partir de outros dispositivos na mesma rede.

Índice

• Pré-requisitos
• Arquitetura do Cluster
• Configuração do Ambiente
• Instalação do k3s
• Configuração do Flannel
• Configuração do MetalLB
• Deploy de Aplicações
• Monitoramento e Acesso ao Cluster
• Recursos Adicionais
• Contribuições
• Licença

Pré-requisitos

• 3 Raspberry Pi 4 com pelo menos 2GB de RAM.
• Cartões microSD com pelo menos 16GB.
• Sistema operacional: Ubuntu Server.
• Rede interna com DHCP configurado.

Arquitetura do Cluster

• Master Node: 1 Raspberry Pi (com k3s server).
• Worker Nodes: 2 Raspberry Pi (com k3s agent).
• Rede: Flannel como CNI (Container Network Interface).
• LoadBalancer: MetalLB configurado em modo Layer 2.

Configuração do Ambiente

Após instalação do Ubuntu Server no cartão de memória, vocês podem estar configurando o IP fixo do Raspberry Pi no arquivo "network-config" como exemplo abaixo:



network:

      version: 2

      ethernets:

        eth0:

           addresses: [192.168.0.201/24]

           gateway4: 192.168.0.1

           dhcp4: false

           optional: true

           nameservers:

               addresses: [192.168.0.1, 0.0.0.0]



Para conectar a esse Raspberry Pi pela rede vou utilizar a conexão por ssh.

OBS: Lembrando de conferir se a porta 22 e a conexão por autenticação esteja liberada. Vocês podem está verificando isso em /etc/ssh no arquivo ssh_config


Após essa configuração, podem inserir o cartão de memória no Raspberry Pi e conectar pelo terminal utilizando o comando ssh.




Preparação dos Raspberry Pis.

Obs: Esses passos têm que ser realizados em todos os Raspberry Pi que irão fazer parte do seu Cluster.

Iremos realizar os comandos pelo terminal e com o usuário Root.
  Digite o seguinte comando para ir como Root e depois a senha do root.



sudo su


Configurando os hostname dos clusters com o seguinte comando:



hostname cluster01


Para salvar o nome no arquivo host teremos que executar o comando abaixo:



echo "cluster01" > /etc/hostname



Se você quiser confirmar se foi alterado o nome, execute esse comando:



cat /etc/hostname



Adicionar o IP do Raspberry Pi no arquivo hosts, para isso vamos usar o seguinte comando com o nano como o exemplo abaixo:



nano /etc/hosts




127.0.0.1         localhost

192.168.0.201  cluster01
  
::1 localhost

127.0.1.1         pop-os.localdomain pop-os


Obs. Se for configurar o Kubernetes em desktops, temos que desabilitar o Swap.


Como no Raspberry Pi não vem ativado. não iremos executar esse comando:



swapoff -a



Habilitando a memória que por padrão ela vem desabilitada:



nano /boot/firmware/cmdline.txt



No final da linha você irá adicionar o seguinte:



cgroup_enable=cpuset, cgroup_enable=memory, cgroup_memory=1, swapaccount=1



Também temos que instalar o Java e o Docker

Vamos criar um arquivo .json
Para isso, vamos utilizar o seguinte comando:



nano /etc/docker/daemon.json



Ele é um arquivo novo e vamos digitar os seguintes comandos:



{

   "exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"],

   "log-driver": "json-file",

   "log-opts": {

         "max-size": "100m"

     },

   "storage-driver": "overlay2"

}


Não podemos esquecer de habilitar uma opção no arquivo sysctl.conf.

Para isso vamos executar o seguinte comando:


nano /etc/sysctl.conf



tem que localizar a linha que está escrito #net.ipv4.ip_forward=1 e remover o # 

Instalação do k3s

1. Instale o k3s no nó master com o Flannel:

curl -sfL https://get.k3s.io | sh -s - --flannel-iface=eth0

2. Obtenha o token do master para conectar os nós workers:

cat /var/lib/rancher/k3s/server/node-token

3. Conecte os workers ao cluster:

curl -sfL https://get.k3s.io | K3S_URL=https://<master-node-ip>:6443 K3S_TOKEN=<token> sh -

Configuração do Flannel

O Flannel é configurado automaticamente pelo k3s. Verifique se a rede está funcional com:

kubectl get pods -A

Configuração do MetalLB

1. Instale o MetalLB:

sudo kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/metallb/metallb/v0.13.9/config/manifests/metallb-native.yaml

2. Configure o MetalLB com um intervalo de IPs da sua rede local:

apiVersion: metallb.io/v1beta1
kind: IPAddressPool
metadata:
  namespace: metallb-system
  name: ip-pool
spc:
  address:
    - 192.168.1.100-192.168.1.110

3. Aplique a configuração:

kubectl apply -f poll-metallb.yaml

4. Configurando Advanced L2 Configuration:

apiVersion: metallb.io/v1beta1
kind: L2Advertisement
metadata:
  name: homelab-l2
  namespace: metallb-system
spec:
  ipAddressPools:
    - ip-pool

5. Aplique a configuração Advanced L2 Configuration:

sudo kubectl apply -f L2Advertisement.yaml

Configurando Nginx para teste

Exemplo de deploy de uma aplicação simples:

sudo kubectl create deploy nginx –image nginx:latest

Expondo o Nginx para acessar pelo browser:

sudo kubectl expose deploy nginx –port 80 --type LoadBalancer

Agora podemos acessar pelo endereço http://192.168.0.101:80 no seu browser

Monitoramento e Acesso ao Cluster

• Acesse suas aplicações pelo IP atribuído pelo MetalLB.
• Use kubectl para monitorar o estado do cluster e dos pods.

Recursos Adicionais

• Documentação oficial do k3s
• Flannel
• MetalLB

Contribuições

Contribuições são bem-vindas! Sinta-se à vontade para abrir issues e pull requests.

Licença

Este projeto está licenciado sob a licença MIT. Veja o arquivo LICENSE para mais detalhes.