Raspberry Pi 2台でK3sクラスターを構築

Kubernetesを学ぶために、自宅でクラスター環境を構築しました。
今回はRaspberry Pi 2台を使ってK3sクラスターを組み、最終的にKubernetes Dashboardまでデプロイできたので、その手順と躓いたポイントをまとめます。

概要

目的: 自宅でKubernetes学習環境を構築
構成: Raspberry Pi 2台でK3sクラスター

ハードウェア構成

使用機器

Raspberry Pi 4 Model B × 2台
- yamakenmain (192.168.1.85) - マスターノード
- yamakensub1 (192.168.1.84) - ワーカーノード
- ※ yamakensub2 (192.168.1.86) は起動せず、2台構成に変更

構築手順

1. 初期設定とOS準備

Raspberry Pi Imagerでの事前設定：

SSH有効化
WiFi設定（SSID/パスワード）
ホスト名設定

基本パッケージのインストール：

# システムアップデート
sudo apt update && sudo apt upgrade -y

# 必要パッケージのインストール
sudo apt install -y curl wget vim git htop

2. ネットワーク設定

各ノードに固定IPを設定（/etc/dhcpcd.conf）：

interface wlan0
static ip_address=192.168.1.85/24  # 各ノードで異なるIP
static routers=192.168.1.1
static domain_name_servers=192.168.1.1 8.8.8.8

/etc/hostsにクラスター内の名前解決を追加：

192.168.1.84 yamakensub1 k8s-worker1
192.168.1.85 yamakenmain k8s-master
192.168.1.86 yamakensub2 k8s-worker2

3. K3s用システム設定

cgroupの有効化（/boot/cmdline.txt）：

# 既存の内容の最後に追加（重要：改行なし）
cgroup_enable=cpuset cgroup_memory=1 cgroup_enable=memory

スワップの無効化：

sudo dphys-swapfile swapoff
sudo dphys-swapfile uninstall
sudo systemctl disable dphys-swapfile.service

4. K3sインストール

マスターノード (yamakenmain)：

curl -sfL https://get.k3s.io | sh -s - --write-kubeconfig-mode 644

# トークン取得（ワーカーノード接続用）
sudo cat /var/lib/rancher/k3s/server/node-token

ワーカーノード (yamakensub1)：

# ホスト名変更
sudo hostnamectl set-hostname yamakensub1

# K3sエージェントインストール
curl -sfL https://get.k3s.io | K3S_URL=https://192.168.1.85:6443 K3S_TOKEN=<取得したトークン> sh -

5. Kubernetes Dashboardインストール

Helmのインストール：

curl https://raw.githubusercontent.com/helm/helm/main/scripts/get-helm-3 | bash

Dashboardのデプロイ：

helm repo add kubernetes-dashboard https://kubernetes.github.io/dashboard/
helm repo update

helm upgrade --install kubernetes-dashboard kubernetes-dashboard/kubernetes-dashboard \
  --create-namespace \
  --namespace kubernetes-dashboard

管理者ユーザーの作成（admin-user.yaml）：

apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  name: admin-user
  namespace: kubernetes-dashboard
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:
  name: admin-user
roleRef:
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  kind: ClusterRole
  name: cluster-admin
subjects:
- kind: ServiceAccount
  name: admin-user
  namespace: kubernetes-dashboard

kubectl apply -f admin-user.yaml

6. Dashboard外部アクセス設定

systemdサービスでポートフォワードを常時実行（/etc/systemd/system/k8s-dashboard-forward.service）：

[Unit]
Description=Kubernetes Dashboard Port Forward
After=k3s.service

[Service]
Type=simple
ExecStart=/usr/bin/kubectl --kubeconfig=/etc/rancher/k3s/k3s.yaml port-forward -n kubernetes-dashboard svc/kubernetes-dashboard-kong-proxy 8443:443 --address=0.0.0.0
Restart=always

[Install]
WantedBy=multi-user.target

サービスの有効化：

sudo systemctl enable k8s-dashboard-forward.service
sudo systemctl start k8s-dashboard-forward.service

遭遇した問題と解決方法

1. ホスト名重複問題

問題: 両ノードがraspberrypiで、ワーカーノードがクラスターに参加できない
解決: 各ノードに個別のホスト名を設定

2. cgroup設定が反映されない

問題: /boot/cmdline.txtに改行が入っていて設定が無効
解決: 1行で記述、改行なしで設定

3. Dashboardアクセス問題

問題: NodePortが機能せず、LoadBalancerがPending状態
解決: systemdサービスでポートフォワードを常時実行

4. 再起動後のノード重複

問題: ホスト名変更後、古いノードエントリが残ってNotReady状態
解決: kubectl delete node raspberrypiで古いノードを削除

便利なコマンド集

# クラスター状態確認
kubectl get nodes
kubectl get pods --all-namespaces

# Dashboardトークン取得
kubectl -n kubernetes-dashboard create token admin-user

# サービス再起動
sudo systemctl restart k3s
sudo systemctl restart k8s-dashboard-forward

# SSHトンネル経由でアクセス
ssh -L 8443:localhost:8443 yamakenmain@192.168.1.85

次のステップ

今回のクラスター構築を踏まえて、以下の拡張を計画しています：

永続ストレージの設定: NFS、Local Path Provisionerの導入
監視環境: Prometheus + Grafanaのデプロイ
CI/CDパイプライン: GitOps環境の構築
サンプルアプリ: マイクロサービスアプリケーションのデプロイ

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Raspberry Pi 2台でK3sクラスターを構築してみた

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