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Kubespray在ZFS文件系统上部署Kubernetes集群的问题分析与解决方案

2025-05-13 14:27:40作者:董灵辛Dennis

问题背景

在使用Kubespray部署Kubernetes集群时,如果将containerd的数据目录(/var/lib/containerd)放在ZFS文件系统上,特别是在Linux 5.x内核环境下,会遇到一系列特殊问题。这是由于ZFS与overlayfs在Linux 5.x内核中的兼容性问题导致的,需要专门使用ZFS快照驱动(zfs snapshotter)来替代默认的overlayfs驱动。

核心问题表现

在部署过程中,主要出现了三个关键问题:

  1. kubeadm join失败:节点加入集群时无法连接到本地的API服务器(127.0.0.1:6443),因为nginx静态Pod没有正常运行。

  2. 容器镜像拉取失败:使用ctr命令拉取镜像时出现快照创建错误,提示"missing parent"和"bucket not found",这是因为没有正确指定ZFS快照驱动。

  3. kubelet启动失败:kubelet服务无法启动,报错缺少/etc/kubernetes/ssl/ca.crt文件。

问题根源分析

经过深入排查,发现这些问题的主要根源在于:

  1. 快照驱动配置不一致:虽然containerd的配置文件(/etc/containerd/config.toml)中指定了使用zfs快照驱动,但nerdctl和ctr工具在拉取镜像时没有自动继承这一配置,导致仍然尝试使用默认的overlayfs驱动。

  2. 引导顺序问题:kubeadm需要先与API服务器通信才能完成引导,但API服务器的代理(nginx)又依赖于kubelet启动静态Pod,而kubelet又需要kubeadm先完成配置,形成了一个循环依赖。

  3. 证书文件缺失:在节点加入过程中,某些关键证书文件没有在正确的时间点生成或复制到指定位置。

解决方案

针对这些问题,我们采取了以下解决方案:

  1. 统一快照驱动配置

    • 修改nerdctl的配置文件,确保使用与containerd一致的zfs快照驱动
    • 在所有容器镜像操作命令中显式指定--snapshotter=zfs参数
  2. 手动引导流程

    • 在kubeadm运行前,手动启动一个临时的nginx代理容器,打破循环依赖
    • 确保所有必要的镜像都使用正确的快照驱动预先拉取
  3. 清理和重试机制

    • 在部署前彻底清理节点上的残留配置和文件
    • 确保/etc/containerd/config.toml配置正确且完整

最佳实践建议

基于这次经验,我们总结出在ZFS文件系统上使用Kubespray部署Kubernetes的最佳实践:

  1. 统一工具链:考虑在整个部署流程中使用crictl替代nerdctl和ctr,因为crictl作为CRI工具能更好地与Kubernetes生态集成。

  2. 预处理检查:在部署前增加对文件系统的检查,如果检测到ZFS,自动调整相关配置。

  3. 分阶段验证:将部署过程分为几个可验证的阶段,确保每个阶段的关键组件都正常运行后再继续下一步。

  4. 日志收集:增强日志收集机制,特别是在初始引导阶段,便于快速定位问题。

总结

在ZFS文件系统上部署Kubernetes集群确实会遇到一些特殊挑战,但通过深入理解容器运行时的工作原理和Kubernetes的引导流程,这些问题都是可以解决的。关键在于确保整个工具链中快照驱动配置的一致性,以及处理好各个组件之间的启动依赖关系。

这次经验也提醒我们,在生产环境中使用非标准配置时,需要进行更全面的测试和验证。同时,考虑将这些经验反馈到上游项目,帮助完善Kubespray对各种存储后端的支持。

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