エアーギャップ環境のエッジデバイスにk3sをインストールする

こんにちは、庄司です。

筆者は遠隔地にある事務所の PC にソフトウェアをインストールする仕事をしていたことがあります。この時代インターネットはなく、何枚ものフロッピーディスクを持って事務所を訪問し、手順書をもとに数時間かけてインストールしていました。この記事のタイトルにあるエアーギャップ環境とはこのような環境をいいます。インターネットに常時接続された環境が一般的となり、ネットワークにつながっていない環境の方が特殊となりエアーギャップ環境と呼ばれるようになりました。

現在でもセキュリティ等の理由からインターネットと完全に分離されたエアーギャップ環境はたくさん存在します。このような環境でも Kubernetes は利用できます。通常 Kubernetes は複数のサーバ (ノードといいます) で運用しますが、IoT デバイス用の k3s は1台のサーバから運用できます。ここでは、エアーギャップ環境にある Raspberry Pi (arm64) を想定して k3s をインストールする手順を紹介します。

インストールに利用するファイルを現地に持ち込むため、なんらかのストレージに保存しなければなりません。ここではUSBメモリを利用することにしました。

GitHub リポジトリのリリースからインストールするバージョンの Assets を開き、k3s-arm64、k3s-airgap-images-arm64.tar.zst をダウンロードしてUSBメモリに保存します。

install.sh ファイルは次のコマンドでダウンロードしてUSBメモリに保存します (例は mac の場合です)。

curl -sfL https://get.k3s.io > install.sh

Raspberry Pi を Raspbian (64bit版) で使用している場合、/boot/cmdline.txt に cgroup_memory=1 cgroup_enable=memory を追記し再起動が必要です。必ず改行せずに追記してください。筆者の /boot/cmdline.txt は下の通りです。外付けのUSBディスクで起動するため root= のところに PARTUUID=870ea24b-02 を設定してUSBディスクのパーティションUUIDを設定しています。

console=serial0,115200 console=tty1 root=PARTUUID=870ea24b-02 rootfstype=ext4 fsck.repair=yes rootwait init=/usr/lib/raspberrypi-sys-mods/firstboot cfg80211.ieee80211_regdom=JP cgroup_memory=1 cgroup_enable=memory

公式サイトのドキュメントを少し読み替えながら進めることにします。

まず、USBメモリをマウントしましょう。USBメモリが /dev/sda1 として進めます。

sudo mount /dev/sda1 /mnt

• /usr/local/bin に k3s をコピーします。

sudo cp /mnt/k3s-arm64 /usr/local/bin/k3s

• Airgap イメージを /var/lib/rancher/k3s/agent/images/ にコピーします。

sudo mkdir -p /var/lib/rancher/k3s/agent/images/
sudo cp k3s-airgap-images-arm64.tar.zst /var/lib/rancher/k3s/agent/images/

• インストール

INSTALL_K3S_SKIP_DOWNLOAD=true ./install.sh

もし、インストールに失敗したときは、一度 sudo k3s-uninstall コマンドを実行してアンインストールした後、手順等を見直して再度インストールにトライしてください。

sudo k3s kubectl get nodes を実行してインストールしたサーバの情報が表示されれば成功です。

sudo k3s kubectl get nodes
NAME        STATUS   ROLES                  AGE   VERSION
raspberrypi Ready    control-plane,master   62s   v1.29.1-rc2+k3s1

この記事では Raspberry Pi を使って説明しました。Jetson などの arm64 アーキテクチャのサーバにも同様な手順でインストールできます。さらに k3s は高可用性 (High Availability) のために複数サーバのクラスタの構成も可能です。

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