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Lab 01 : Anatomie du Plan de Contrôle Kubernetes

Objectifs Pédagogiques :

  • Inspecter les manifestes des Pods statiques gérés par la kubelet dans /etc/kubernetes/manifests.
  • Interroger l'état, la révision et les membres du cluster etcd avec l'outil CLI officiel etcdctl.
  • Effectuer des requêtes HTTP brutes aux endpoints système de l'API Server avec kubectl get --raw (/livez, /readyz, /metrics).
  • Provoquer une panne ciblée du plan de contrôle en isolant le kube-scheduler.
  • Observer le blocage d'un Pod applicatif à l'état Pending avec un champ nodeName vide (<none>).
  • Rétablir le composant et observer la prise en charge immédiate par le réconciliateur d'ordonnancement.

Contexte Technique et Métier

Avant de déployer les microservices de l'application Campus Summer Portal (Portail Horizon Stages), vous devez qualifier techniquement les composants internes du cluster Kubernetes.

En production, un administrateur ou ingénieur DevOps ne doit pas considérer le plan de contrôle comme une boîte noire :

  • Lorsqu'un Pod reste bloqué à l'état Pending, est-ce un problème de ressources physiques, de contraintes d'affinité, ou une défaillance du composant d'ordonnancement ?
  • Comment vérifier directement l'état de santé du stockage etcd ?
  • Quel est le chemin exact emprunté par une ressource entre la commande kubectl apply et son exécution concrète sur un worker ?

Dans cet atelier, vous allez explorer le Control Plane sur le nœud maître, interroger la base etcd en mTLS, ausculter les sondes natives de l'API Server avec kubectl get --raw, et observer le comportement d'ordonnancement en isolant temporairement le kube-scheduler.

État Initial Requis

  • Un cluster Kubernetes opérationnel (issu du Lab 00).
  • Accès SSH avec privilèges sudo sur le nœud de contrôle (k8s-control).

⚠️ Environnement d'exécution pour ce lab :
Contrairement aux ateliers suivants qui pourront être exécutés confortablement depuis votre poste local avec votre kubectl et votre IDE, ce Lab 01 nécessite obligatoirement d'être connecté en SSH sur k8s-control. Nous allons en effet auditer des répertoires système hôtes (/etc/kubernetes/manifests), manipuler le service kubelet et interroger la base etcd en local, ce qui est impossible à distance.

Vérification

kubectl get nodes
Le nœud de contrôle et les deux workers doivent être à l'état Ready.

Exercice 1 : Inspection des Manifestes Statiques du Plan de Contrôle

Connectez-vous en SSH sur le nœud k8s-control :

  1. Rendez-vous dans le répertoire de configuration des Pods statiques : 
    sudo ls -lh /etc/kubernetes/manifests/
  2. Identifiez les 4 composants majeurs démarrés et surveillés directement par la kubelet locale :
  3. kube-apiserver.yaml : la porte d'entrée REST de toutes les opérations du cluster.
  4. kube-controller-manager.yaml : la boucle de contrôle qui réconcilie l'état désiré et réel (ReplicaSets, Nodes, Endpoints).
  5. kube-scheduler.yaml : le moteur qui affecte chaque nouveau Pod à un nœud éligible.
  6. etcd.yaml : la base clé-valeur distribuée hautement cohérente.
  7. Observez la configuration d'écoute et les certificats TLS de l'API Server : 
    sudo grep -E "etcd-servers|client-ca-file|tls-cert-file" /etc/kubernetes/manifests/kube-apiserver.yaml

Exercice 2 : Interrogation Directe de la Base etcd avec etcdctl

etcd est le cœur battant du cluster. Si etcd est inaccessible, tout le cluster est paralysé. 1. Vérifiez la présence du client ou installez le paquet utilitaire : 

which etcdctl || sudo apt-get install -y etcd-client
2. Interrogez la santé du cluster etcd en fournissant les certificats mTLS officiels situés dans /etc/kubernetes/pki/etcd/ : 
sudo ETCDCTL_API=3 etcdctl \
  --endpoints=https://127.0.0.1:2379 \
  --cacert=/etc/kubernetes/pki/etcd/ca.crt \
  --cert=/etc/kubernetes/pki/etcd/server.crt \
  --key=/etc/kubernetes/pki/etcd/server.key \
  endpoint health
Sortie attendue : https://127.0.0.1:2379 is healthy: successfully committed proposal. 3. Affichez la liste des membres et l'état des endpoints sous forme de tableau : 
sudo ETCDCTL_API=3 etcdctl \
  --endpoints=https://127.0.0.1:2379 \
  --cacert=/etc/kubernetes/pki/etcd/ca.crt \
  --cert=/etc/kubernetes/pki/etcd/server.crt \
  --key=/etc/kubernetes/pki/etcd/server.key \
  member list -w table

sudo ETCDCTL_API=3 etcdctl \
  --endpoints=https://127.0.0.1:2379 \
  --cacert=/etc/kubernetes/pki/etcd/ca.crt \
  --cert=/etc/kubernetes/pki/etcd/server.crt \
  --key=/etc/kubernetes/pki/etcd/server.key \
  endpoint status -w table
Notez la taille de la base (DB SIZE) et l'index de révision (RAFT REVISION).

Exercice 3 : Requêtes Brutes à l'API Server avec kubectl get --raw

kubectl get --raw permet de sonder directement les points de terminaison HTTP internes de l'API Server sans passer par les abstractions de ressources. 1. Interrogez les sondes de disponibilité de l'API Server avec le détail verbeux : 

kubectl get --raw /livez?verbose
kubectl get --raw /readyz?verbose
Observez la longue liste des vérifications individuelles (etcd, cache, poststarthook...).

  1. Consultez un échantillon des métriques Prometheus brutes exposées par le plan de contrôle : 
    kubectl get --raw /metrics | head -n 25

Exercice 4 : Injection de Panne — Arrêt du Kube-Scheduler et Observation SRE

Pour comprendre le découplage entre l'admission d'une ressource et son affectation à un serveur, provoquons une panne d'ordonnancement.

  1. Déplacez le fichier du scheduler hors de la surveillance de la kubelet : 
    sudo mv /etc/kubernetes/manifests/kube-scheduler.yaml /tmp/kube-scheduler.yaml

  2. Observez la disparition du Pod kube-scheduler dans le namespace kube-system : 

    kubectl get pods -n kube-system | grep scheduler
    (Le pod disparaît de la liste en une dizaine de secondes).

  3. Tentez maintenant de déployer une charge applicative de test (représentant une sonde de l'application Université Horizon) : 

    kubectl apply -f - << 'EOF'
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: scheduler-probe
  labels:
    app.kubernetes.io/name: scheduler-probe
    app.kubernetes.io/part-of: campus-summer-portal
spec:
  containers:
  - name: probe
    image: busybox:1.36
    command: ["sh", "-c", "echo 'Scheduler probe running' && sleep 3600"]
    resources:
      requests:
        cpu: 50m
        memory: 32Mi
EOF

  4. Observez le statut du Pod : 
    kubectl get pod scheduler-probe -o wide
  5. Constat frappant : Le Pod est à l'état Pending, et son champ NODE est strictement vide (<none>) !
  6. Inspectez les événements du Pod : 
    kubectl describe pod scheduler-probe | tail -n 10
  7. Analyse SRE : L'API Server a validé le Pod et l'a écrit dans etcd sans la moindre erreur. Mais en l'absence de scheduler, aucun algorithme ne calcule de nœud éligible. Les kubelets des workers ne prennent pas en charge le conteneur car leur nom n'est pas inscrit dans spec.nodeName.
  8. Rétablissez le scheduler en remettant son manifeste en place : 
    sudo mv /tmp/kube-scheduler.yaml /etc/kubernetes/manifests/kube-scheduler.yaml

  9. Observez la réactivation immédiate : 

    kubectl get pods -n kube-system | grep scheduler
kubectl get pod scheduler-probe -o wide
    Dès que le Pod du scheduler redevient Running, il détecte le Pod en attente, le lie à l'un des workers (k8s-worker-1 ou 2), et le statut passe aussitôt à Running !

  10. Nettoyez le Pod de test : 

    kubectl delete pod scheduler-probe

5. Contraintes du Lab

  • Ne touchez pas aux certificats TLS dans /etc/kubernetes/pki.
  • Ne redémarrez pas la machine hôte.
  • La panne doit être diagnostiquée et résolue uniquement par la manipulation des manifestes statiques et la lecture d'événements.

6. Points de contrôle et validation intermédiaire

Checkpoint 1 : Liste des Pods statiques

sudo ls -l /etc/kubernetes/manifests/
kubectl get pods -n kube-system
Vérifiez la présence de kube-apiserver, kube-controller-manager, kube-scheduler et etcd.

Checkpoint 2 : Santé etcd

sudo ETCDCTL_API=3 etcdctl \
  --cacert=/etc/kubernetes/pki/etcd/ca.crt \
  --cert=/etc/kubernetes/pki/etcd/server.crt \
  --key=/etc/kubernetes/pki/etcd/server.key \
  endpoint health
Le statut retourné doit être is healthy.

Checkpoint 3 : Diagnostic du Pod en attente

kubectl get pod scheduler-probe -o wide
kubectl describe pod scheduler-probe
Le champ Node: doit être <none> et aucun événement Scheduled ne doit apparaître.

7. Indices progressifs

Indice 1 — Comment la kubelet gère-t-elle les manifestes statiques ? La kubelet surveille en continu le dossier `/etc/kubernetes/manifests`. Dès qu'un fichier YAML y est ajouté, modifié ou supprimé, la kubelet crée ou détruit le conteneur correspondant sans passer par l'API Server.
Indice 2 — Quels drapeaux TLS sont requis par etcdctl ? etcd n'écoute pas en HTTP clair. Il exige une authentification mutuelle (mTLS) : `--cacert=/etc/kubernetes/pki/etcd/ca.crt` `--cert=/etc/kubernetes/pki/etcd/server.crt` `--key=/etc/kubernetes/pki/etcd/server.key` `--endpoints=https://127.0.0.1:2379`
Indice 3 — Pourquoi le Pod est-il en Pending sans message d'erreur de mémoire ou CPU ? L'API Server a persisté le Pod dans `etcd`. Mais tant que le `kube-scheduler` n'est pas actif pour calculer un nœud éligible et renseigner `spec.nodeName`, aucune kubelet de worker ne prend en charge l'exécution du conteneur.

8. Validation finale

Vérifiez que le Pod scheduler-probe est désormais Running et qu'un événement Scheduled a été enregistré : 

kubectl get pod scheduler-probe -o wide
# Nettoyage
kubectl delete pod scheduler-probe

9. Ce qu'il faut retenir

  1. Persistance vs Réalisation : L'API Server enregistre l'état désiré dans etcd. Le déploiement effectif est ensuite délégué aux contrôleurs spécialisés (le scheduler pour le placement, le kubelet pour l'exécution).
  2. Statut des Pods statiques : Si le plan de contrôle est instable, le premier réflexe de l'administrateur est de vérifier /etc/kubernetes/manifests/ et les journaux de la kubelet (journalctl -u kubelet).
  3. Lien avec le Portail Horizon Stages : Dans le prochain atelier, nous déploierons l'application complète. Si un composant reste bloqué en Pending, vous saurez immédiatement distinguer un problème d'ordonnancement d'un problème de conteneur.