Problemas comunes de clústeres de Kubernetes y cómo solucionarlos

Problemas comunes de clústeres de Kubernetes y cómo solucionarlos

Kubernetes, aunque potente, a veces puede presentar desafíos que requieren una resolución de problemas cuidadosa. Comprender los problemas comunes a nivel de clúster y sus soluciones es crucial para mantener un entorno de orquestación saludable y confiable. Esta guía profundiza en los problemas frecuentes que afectan al plano de control de Kubernetes, etcd y los nodos de trabajo, proporcionando pasos prácticos para diagnosticarlos y solucionarlos.

La gestión eficaz de clústeres de Kubernetes depende de una supervisión proactiva y un enfoque sistemático para la resolución de problemas. Al familiarizarse con estos problemas comunes, puede reducir significativamente el tiempo de inactividad y garantizar que sus aplicaciones permanezcan disponibles.

Problemas del plano de control

El plano de control de Kubernetes es el cerebro de su clúster, que gestiona su estado y coordina las operaciones. Los problemas aquí pueden tener consecuencias de gran alcance.

Indisponibilidad del servidor API

El servidor API es el centro de todas las comunicaciones del clúster. Si está caído o no responde, no podrá interactuar con su clúster usando kubectl ni otras herramientas.

Síntomas:
* Los comandos kubectl agotan el tiempo de espera o fallan con errores de conexión rechazada.
* Los controladores y otros componentes del clúster no pueden comunicarse.

Causas y soluciones:
* Agotamiento de recursos: Es posible que los pods del servidor API se estén quedando sin CPU o memoria. Compruebe la utilización de recursos con kubectl top pods -n kube-system y escale la implementación o los nodos del servidor API si es necesario.
bash kubectl get pods -n kube-system -l component=kube-apiserver -o wide kubectl top pods -n kube-system -l component=kube-apiserver
* Problemas de red: Asegúrese de que las políticas de red o los cortafuegos no estén bloqueando el tráfico al puerto del servidor API (generalmente 6443).
* Estado de salud del nodo del plano de control: Si el servidor API se ejecuta en un nodo específico, compruebe el estado de ese nodo. ¿Está sobrecargado, en estado NotReady o experimentando pánicos del kernel?
bash kubectl get nodes kubectl describe node <node-name>
* Certificados caducados: El servidor API depende de certificados TLS. Si caducan, la comunicación fallará. Supervise las fechas de caducidad de los certificados y renuévelos de forma proactiva.

Fallos del gestor de controladores o del programador

El gestor de controladores y el programador son componentes críticos responsables de gestionar el estado deseado del clúster y de programar pods en los nodos.

Síntomas:
* No se están creando ni programando nuevos pods.
* Las implementaciones (Deployments), StatefulSets u otros controladores no progresan.
* Los pods se quedan atascados en el estado Pending (Pendiente).

Causas y soluciones:
* Fallos de Pod: Compruebe los registros de los pods kube-controller-manager y kube-scheduler en el espacio de nombres kube-system.
bash kubectl logs <controller-manager-pod-name> -n kube-system kubectl logs <scheduler-pod-name> -n kube-system
* Problemas de elección de líder (Leader Election): Estos componentes utilizan la elección de líder para garantizar que solo una instancia esté activa. Las particiones de red o los problemas con el bloqueo de elección de líder pueden hacer que queden no disponibles.
* Permisos RBAC: Asegúrese de que las cuentas de servicio utilizadas por estos componentes tengan los permisos necesarios para interactuar con el servidor API.

Problemas de Etcd

Etcd es el almacén de clave-valor distribuido que sirve como base de datos de Kubernetes para todos los datos del clúster. Su estado de salud es primordial.

Degradación del rendimiento de Etcd

Las operaciones lentas de etcd pueden provocar que el plano de control sea lento o no responda.

Síntomas:
* Operaciones lentas de kubectl.
* Latencia del servidor API.
* Los componentes del plano de control informan de tiempos de espera al comunicarse con etcd.

Causas y soluciones:
* E/S de disco alta: Etcd es muy sensible al rendimiento del disco. Utilice SSD rápidos para los directorios de datos de etcd.
* Latencia de red: Asegure una baja latencia entre los miembros de etcd y entre etcd y el servidor API.
* Tamaño grande de la base de datos: Con el tiempo, etcd puede acumular muchos datos. Compacte y desfragmente regularmente la base de datos de etcd.
bash ETCDCTL_API=3 etcdctl compact $(etcdctl --endpoints=<etcd-endpoints> --cacert=<ca.crt> --cert=<client.crt> --key=<client.key> alarm list | grep -o '[0-9]*') ETCDCTL_API=3 etcdctl defrag --endpoints=<etcd-endpoints> --cacert=<ca.crt> --cert=<client.crt> --key=<client.key>
* Recursos insuficientes: Asegúrese de que los pods de etcd o los nodos dedicados tengan suficiente CPU y memoria.

Indisponibilidad del clúster Etcd

Si etcd no puede mantener el quorum, todo el clúster dejará de funcionar.

Síntomas:
* Incapacidad total de respuesta del clúster.
* El servidor API no puede conectarse a etcd.

Causas y soluciones:
* Particiones de red: Asegúrese de que todos los miembros de etcd puedan comunicarse entre sí. Compruebe los cortafuegos y las configuraciones de red.
* Fallos de miembros: Si fallan demasiados miembros de etcd (más de (N-1)/2 para un clúster de N miembros), se pierde el quorum. Investigue los miembros fallidos, intente reiniciarlos o considere restaurar desde una copia de seguridad.
* Corrupción de disco: Compruebe los registros de etcd en busca de errores relacionados con el disco. Si los datos están corruptos, es posible que deba restaurar desde una copia de seguridad.

Consejo: Tenga siempre copias de seguridad regulares y probadas de etcd. Este es su último recurso de seguridad.

Problemas de estado de salud de los nodos

Los nodos de trabajo son donde se ejecutan sus pods de aplicaciones. Los problemas de los nodos afectan directamente a la disponibilidad de la aplicación.

Nodos en estado NotReady (No listos)

Un nodo pasa a estar NotReady cuando el kubelet de ese nodo deja de informar de su estado al servidor API.

Síntomas:
* kubectl get nodes muestra un nodo en estado NotReady.
* Los pods programados en ese nodo pueden volverse no programables o se reprograman en otro lugar.

Causas y soluciones:
* Kubelet no se está ejecutando: El proceso kubelet podría haberse bloqueado o no haber logrado iniciarse. Compruebe los registros de kubelet en el nodo.
bash sudo journalctl -u kubelet -f
* Agotamiento de recursos: Es posible que al nodo le falte CPU, memoria o espacio en disco, lo que impide que el kubelet funcione correctamente.
bash kubectl describe node <node-name> # En el nodo: top df -h
* Conectividad de red: Es posible que el nodo haya perdido la conectividad de red con el plano de control.
* Problemas de Docker/Containerd: El tiempo de ejecución del contenedor (por ejemplo, Docker, containerd) podría estar funcionando mal en el nodo.

Evicción de pods

Los pods pueden ser desalojados (evicted) de los nodos debido a restricciones de recursos u otros eventos basados en políticas.

Síntomas:
* Los pods se encuentran en estado Evicted (Desalojado).
* kubectl describe pod <pod-name> muestra Reason: Evicted (Razón: Desalojado) y un mensaje que indica la causa (por ejemplo, the node has insufficient memory - el nodo tiene memoria insuficiente).

Causas y soluciones:
* Límites de recursos: Los pods que superan sus límites de recursos definidos (CPU/memoria) son candidatos para la evicción, especialmente bajo presión de memoria.
* Presión del nodo: Es posible que el nodo esté experimentando escasez crítica de recursos (memoria, disco, PIDs). El administrador de evicción del kubelet de Kubernetes supervisa esto activamente.
* Clases de Calidad de Servicio (QoS): Los pods con clases QoS más bajas (BestEffort, Burstable) tienen más probabilidades de ser desalojados antes que los pods con QoS Guaranteed.

Prevención:
* Establecer solicitudes y límites de recursos: Defina con precisión las solicitudes y límites de CPU y memoria para todos sus contenedores.
yaml resources: requests: memory: "64Mi" cpu: "250m" limits: memory: "128Mi" cpu: "500m"
* Usar Taints y Tolerations de nodo: Evite que los pods no deseados se programen en nodos con características o restricciones de recursos específicas.
* Supervisar los recursos del nodo: Implemente una supervisión sólida para alertar sobre una alta utilización de recursos en los nodos.

Problemas de red

La red es una fuente común de complejidad y problemas en Kubernetes.

Fallo en la comunicación de pod a pod

Es posible que los pods no puedan comunicarse entre sí, incluso si están en el mismo nodo.

Causas y soluciones:
* Problemas del complemento CNI: El complemento de Interfaz de Red de Contenedores (CNI) (por ejemplo, Calico, Flannel, Cilium) es responsable de la red de pods. Compruebe el estado y los registros de sus pods CNI.
bash kubectl get pods -n kube-system -l <cni-label-selector> kubectl logs <cni-pod-name> -n kube-system
* Políticas de red: Los recursos NetworkPolicy mal configurados pueden bloquear el tráfico legítimo.
bash kubectl get networkpolicy --all-namespaces
* Cortafuegos/Grupos de seguridad: Asegúrese de que las reglas de seguridad de red entre nodos y dentro del clúster permitan el tráfico necesario para el CNI.
* Gestión de direcciones IP (IPAM): Los problemas con la asignación de direcciones IP pueden impedir que los pods obtengan IPs o rutas válidas.

Fallos en el descubrimiento de servicios (DNS)

Si los pods no pueden resolver nombres de servicio, no pueden comunicarse con otros servicios.

Causas y soluciones:
* Problemas de CoreDNS/Kube-DNS: El servicio DNS del clúster (comúnmente CoreDNS) podría no estar funcionando correctamente o estar mal configurado. Compruebe sus registros y la utilización de recursos.
bash kubectl logs <coredns-pod-name> -n kube-system
* Configuración DNS de kubelet: Asegúrese de que el kubelet en cada nodo esté configurado correctamente para utilizar el servicio DNS del clúster. Esto generalmente se establece mediante el indicador --cluster-dns.
* Conectividad de red con DNS: Los pods deben poder alcanzar la dirección IP del servicio DNS.

Conclusión

La solución de problemas de clústeres de Kubernetes requiere un enfoque metódico, comenzando por identificar los síntomas y luego investigando sistemáticamente los componentes relevantes. Al comprender los puntos comunes de fallo en el plano de control, etcd, los nodos y la red, puede diagnosticar y resolver problemas de manera eficiente, garantizando la estabilidad y el rendimiento de su entorno Kubernetes.

Puntos clave:
* Supervise todo: Implemente una supervisión completa para todos los componentes del clúster.
* Revise los registros: Los registros de pods y del sistema son invaluables para identificar las causas raíz.
* Comprenda las dependencias: Reconozca cómo interactúan componentes como etcd, el servidor API y kubelet.
* Realice copias de seguridad periódicas: Especialmente para etcd, las copias de seguridad periódicas son críticas para la recuperación ante desastres.
* Pruebe las soluciones: Antes de aplicar cambios en producción, pruébelos en un entorno de staging.