¡Cluster de Bajo Consumo! Pequeño, Eficiente y ¡Poderoso!

📋 Table of Contents:

1. Introducción
2. Elección de hardware
3. Montaje en el rack
4. Control Remoto de los dispositivos
5. Instalación del sistema operativo
6. Configuración de Kubernetes
7. Implementación de workloads
8. Pruebas de Alta disponibilidad
9. Consumo de energía
10. Conclusiones

📝 Introducción

En este artículo, exploraremos la configuración de un cluster de Kubernetes en un entorno doméstico utilizando dispositivos Intel NUC de bajo consumo de energía. Los NUC son conocidos por su potencia a pesar de su tamaño compacto y son perfectos para crear un cluster de servidores. A lo largo de este artículo, analizaremos la elección del hardware, el montaje en el rack, el control remoto de los dispositivos y los pasos para configurar Kubernetes en el cluster. También realizaremos pruebas de alta disponibilidad para asegurarnos de que el cluster pueda mantenerse en funcionamiento incluso cuando uno de los nodos falle. Además, discutiremos el consumo de energía de los NUC y concluiremos con nuestras impresiones sobre esta configuración.

2. Elección de hardware

Al comenzar a construir un cluster de Kubernetes en casa, es importante elegir el hardware adecuado. En este caso, optamos por los dispositivos Intel NUC debido a su tamaño compacto y su capacidad para entregar un rendimiento potente. Los NUC vienen con procesadores Intel Core i3, i5 o i7, que ofrecen una excelente potencia de procesamiento para nuestras cargas de trabajo. Además, decidimos agregar 64 GB de RAM a cada dispositivo para garantizar suficiente capacidad para nuestras aplicaciones.

Pros:

• Tamaño compacto y eficiente en el consumo de energía.
• Potencia de procesamiento de los procesadores Intel Core i3, i5 o i7.
• Capacidad de expandir la RAM para satisfacer nuestras necesidades.

Contras:

• Puede ser más caro en comparación con otras opciones de hardware.

3. Montaje en el rack

Una vez que seleccionamos los dispositivos Intel NUC, necesitamos encontrar una forma de ubicarlos en nuestro rack de servidores. Para Ello, descubrimos que MK1 Manufacturing ofrece kits de montaje en rack para una variedad de dispositivos de factor de forma pequeño, incluidos los NUC de Intel. Estos kits nos permiten asegurar los NUC en su lugar dentro del rack, ofreciendo una solución segura y ordenada. Además, MK1 Manufacturing también ha considerado la gestión de cables, lo que facilita aún más la configuración y el mantenimiento del cluster.

Pros:

• Solución segura y ordenada para montar los NUC en el rack.
• Considera la gestión de cables para mantener la configuración ordenada.

Contras:

• Puede ser necesario adquirir kits de montaje adicionales según las necesidades del usuario.

4. Control remoto de los dispositivos

Una vez que los dispositivos NUC están montados en el rack, surge la pregunta de cómo controlarlos de forma remota. Para solucionar esto, utilizamos un dispositivo Pi KVM que nos permite conectar varios dispositivos utilizando un conmutador HDMI. Con esta configuración, podemos encender los NUC utilizando Wake-on-LAN o utilizar un control de energía para encenderlos y apagarlos según sea necesario. Esta solución ofrece flexibilidad y facilidad de control para el cluster.

Pros:

• Control remoto de los dispositivos utilizando Pi KVM.
• Encendido remoto a través de Wake-on-LAN o control de energía.

Contras:

• Puede requerir configuración y ajustes adicionales para lograr un control completo de los dispositivos.

5. Instalación del sistema operativo

Una vez que los dispositivos NUC están en su lugar y podemos controlarlos de forma remota, es hora de instalar el sistema operativo. Para nuestro cluster de Kubernetes, elegimos utilizar Ubuntu Server debido a su facilidad de uso e integración con nuestra infraestructura existente. Además, utilizamos Metal as a Service (MAAS) para arrancar y aprovisionar los dispositivos de manera eficiente. Configuramos direcciones IP estáticas para cada dispositivo y creamos una entrada DNS para facilitar su administración.

6. Configuración de Kubernetes

Una vez que los dispositivos NUC están conectados a la red y tienen un sistema operativo funcionando, es hora de configurar Kubernetes. Optamos por usar k3s debido a su ligereza y la activa comunidad que lo respalda. Para la instalación de Kubernetes, utilizamos un playbook personalizado que nos permite crear un cluster de alta disponibilidad. Este playbook configura tanto la API de Kubernetes como los balanceadores de carga de servicio de alta disponibilidad. Con tres nodos en nuestro cluster, podemos permitir la pérdida de hasta un nodo sin afectar el funcionamiento normal de nuestras aplicaciones.

7. Implementación de workloads

Una vez que tenemos nuestro cluster de Kubernetes configurado, podemos comenzar a implementar nuestras cargas de trabajo. En nuestro caso, decidimos comenzar con una simple aplicación web que se ejecuta en un servidor web NGINX. Creamos un despliegue de Kubernetes para este contenedor y configuramos réplicas en tres nodos diferentes para garantizar alta disponibilidad. Además, utilizamos MetalLB como balanceador de carga para exponer el servicio en una dirección IP pública.

Pros:

• Alta disponibilidad para aplicaciones a través de la replicación en varios nodos.
• Uso de balanceadores de carga para exponer aplicaciones en direcciones IP públicas.

Contras:

• No todas las cargas de trabajo son fácilmente adaptables a la alta disponibilidad.

8. Pruebas de alta disponibilidad

Una vez que implementamos nuestras cargas de trabajo, es importante probar la alta disponibilidad del cluster. En nuestro caso, realizamos pruebas bloqueando el acceso a uno de los nodos y verificando si tanto la API de Kubernetes como la página web permanecen en línea. Durante estas pruebas, pudimos confirmar que el cluster es capaz de mantenerse en funcionamiento incluso cuando uno de los nodos falla. Esto nos da confianza en la estabilidad y confiabilidad de nuestra configuración.

9. Consumo de energía

Uno de los aspectos importantes a considerar en cualquier configuración de servidor en el hogar es el consumo de energía. En el caso de los dispositivos Intel NUC, realizamos pruebas y descubrimos que cada NUC utiliza alrededor de 20 vatios de potencia en promedio. Si bien esto puede ser más alto que una Raspberry Pi, obtiene un procesador x86 con ocho núcleos, almacenamiento de alta velocidad y una GPU incorporada. Esto permite ejecutar cargas de trabajo más exigentes y brinda más potencia de cómputo en general.

10. Conclusiones

En conclusión, construir un cluster de Kubernetes en un entorno doméstico utilizando dispositivos Intel NUC puede ser una opción poderosa y eficiente. Los NUC ofrecen un equilibrio entre tamaño compacto y rendimiento, lo que los hace ideales para el alojamiento de servidores en el hogar. Al elegir los NUC, montarlos en el rack, configurar el control remoto, instalar el sistema operativo y configurar Kubernetes, se puede crear un cluster de alto rendimiento y alta disponibilidad. A través de nuestras pruebas, pudimos confirmar que el cluster puede mantenerse en funcionamiento incluso cuando uno de los nodos falla. Además, consideramos el consumo de energía y descubrimos que los NUC utilizan alrededor de 20 vatios de potencia en promedio. En general, estamos satisfechos con nuestra configuración de servidor doméstico y recomendamos esta opción para aquellos que deseen ejecutar cargas de trabajo en un entorno doméstico.

✨ Highlights

• La elección de los dispositivos Intel NUC como hardware para construir el cluster de Kubernetes en casa.
• El montaje de los dispositivos NUC en el rack utilizando kits de montaje en rack de MK1 Manufacturing.
• El control remoto de los dispositivos utilizando un dispositivo Pi KVM.
• La instalación del sistema operativo utilizando Metal as a Service (MAAS) y la configuración de direcciones IP estáticas.
• La configuración de Kubernetes utilizando k3s y un playbook personalizado para un cluster de alta disponibilidad.
• La implementación de cargas de trabajo en el cluster utilizando un despliegue de NGINX y la exposición del servicio utilizando MetalLB.
• Las pruebas de alta disponibilidad para garantizar que el cluster pueda mantenerse en funcionamiento en caso de fallo de un nodo.
• El consumo de energía de los dispositivos Intel NUC, que utiliza alrededor de 20 vatios de potencia en promedio.
• La conclusión de que construir un cluster de Kubernetes en casa utilizando dispositivos Intel NUC es una opción poderosa y eficiente.

❓ Preguntas frecuentes

Q: ¿Cuál es la ventaja de utilizar dispositivos Intel NUC en lugar de otras opciones de hardware para un cluster de Kubernetes en casa? A: Los dispositivos Intel NUC ofrecen un equilibrio entre tamaño compacto y potencia de procesamiento. Son capaces de ejecutar cargas de trabajo exigentes mientras conservan el consumo de energía. Además, su diseño modular hace que sean fáciles de montar y gestionar en un entorno doméstico.

Q: ¿Es necesario utilizar kits de montaje en rack para los dispositivos Intel NUC? A: No es estrictamente necesario, pero los kits de montaje en rack ofrecen una solución segura y ordenada para colocar los dispositivos en un rack de servidores. También facilitan la gestión de cables y ofrecen una estética profesional.

Q: ¿Cómo puedo controlar de forma remota los dispositivos Intel NUC en mi cluster de Kubernetes? A: Una opción es utilizar un dispositivo Pi KVM, que permite conectar varios dispositivos a través de un conmutador HDMI. Esto permite el control remoto de los NUC y la capacidad de encenderlos y apagarlos según sea necesario.

Q: ¿Qué se puede hacer con un cluster de Kubernetes en casa? A: Un cluster de Kubernetes en casa ofrece muchas posibilidades. Se pueden implementar aplicaciones como Home Assistant, servidores de juegos, sitios web y muchas otras cargas de trabajo. Es importante tener en cuenta que no todas las cargas de trabajo pueden ser de alta disponibilidad de forma automática y pueden requerir consideraciones adicionales.

Q: ¿Cuál es el consumo de energía de los dispositivos Intel NUC en promedio? A: En nuestras pruebas, encontramos que los dispositivos Intel NUC utilizan alrededor de 20 vatios de potencia en promedio. Sin embargo, es importante recordar que este número puede variar dependiendo de las configuraciones y las cargas de trabajo en ejecución.

🌐 Recursos

• MK1 Manufacturing
• Pi KVM
• Metal as a Service (MAAS)
• k3s
• MetalLB