📚 课程目录第4章环境准备

4. 环境准备：Kubernetes集群搭建（Minikube/Kind）、Helm客户端安装、eBPF内核版本检查

在开始eBPF节点池巡检与流量可视化实践之前，必须搭建一个完整且兼容eBPF的运行环境。本章将指导你完成三个核心步骤：选择并部署Kubernetes集群、安装Helm包管理工具、验证内核是否满足eBPF要求。环境准备的质量直接决定后续课程中Cilium、Hubble等组件的部署成败。

4.1 Kubernetes集群搭建：Minikube vs Kind

本地开发环境推荐使用Minikube或Kind。两者均支持快速创建单节点或多节点集群，但在网络模型、内核访问能力上存在差异，直接影响eBPF程序的加载与观测。

特性	Minikube	Kind (Kubernetes in Docker)
底层技术	虚拟机（默认）或Docker驱动	Docker容器作为节点
内核访问	直接访问宿主机内核（VM驱动）或共享内核（Docker驱动）	共享宿主机内核（容器化）
eBPF兼容性	优秀（VM驱动下完全隔离）	良好（需宿主机内核支持eBPF）
网络插件	默认flannel，可切换Cilium	默认无，需手动安装CNI
启动速度	较慢（需下载ISO）	快速（秒级启动）
适用场景	完整K8s体验，生产级功能验证	CI/CD、快速原型、资源受限环境

推荐选择：本课程后续将使用Cilium作为eBPF数据面，建议优先使用Kind并确保宿主机内核≥5.10，以获得最佳的eBPF程序加载性能与最小的资源开销。

4.1.1 使用Kind创建集群

Kind通过将Kubernetes组件运行在Docker容器中实现集群模拟。以下命令创建一个包含1个控制平面节点和2个Worker节点的集群，并配置端口映射以便后续访问Hubble UI。

# 创建kind配置文件
cat <<EOF > kind-config.yaml
kind: Cluster
apiVersion: kind.x-k8s.io/v1alpha4
nodes:
  - role: control-plane
    extraPortMappings:
      - containerPort: 30000
        hostPort: 30000
        protocol: TCP
  - role: worker
  - role: worker
EOF

# 启动集群
kind create cluster --config kind-config.yaml --name ebpf-cluster

# 验证节点状态
kubectl get nodes -o wide

  验证输出示例：三个节点均处于Ready状态，内核版本显示为宿主机内核版本（例如5.15.0-91-generic）。

4.1.2 使用Minikube创建集群（备选方案）

若宿主机不支持Docker或需要更完整的K8s功能，可使用Minikube的Docker驱动模式：

# 启动Minikube（指定cni为cilium以便后续eBPF测试）
minikube start --driver=docker --cni=cilium --kubernetes-version=v1.28.0

# 验证集群
minikube status
kubectl get nodes

4.2 Helm客户端安装

Helm是Kubernetes的包管理工具，本课程将使用Helm部署Cilium、Hubble及Prometheus告警组件。请确保Helm版本≥3.12，以支持OCI镜像仓库和最新的Chart特性。

操作系统	安装命令
Linux (amd64)	`curl https://raw.githubusercontent.com/helm/helm/main/scripts/get-helm-3 \| bash`
macOS (Homebrew)	`brew install helm`
Windows (Chocolatey)	`choco install kubernetes-helm`

# 验证安装
helm version --short
# 预期输出：v3.14.0+g2c2e62e

# 添加Cilium官方Helm仓库
helm repo add cilium https://helm.cilium.io/
helm repo update

版本兼容性注意：Helm 2.x已停止维护，且不支持Cilium 1.14+的安装。请务必使用Helm 3.x版本。若系统中存在旧版Helm，请先卸载：rm -rf ~/.helm。

4.3 eBPF内核版本检查

eBPF程序依赖内核特性，不同版本的eBPF功能差异巨大。Cilium 1.14+要求内核≥5.10，且需要开启BPF相关内核配置。以下步骤将全面检查环境兼容性。

4.3.1 检查内核版本

# 查看内核版本
uname -r
# 预期输出示例：5.15.0-91-generic

# 检查是否支持eBPF（查看/proc/sys/kernel/bpf_stats_enabled）
cat /proc/sys/kernel/bpf_stats_enabled
# 若文件不存在或值为0，表示未开启eBPF统计

4.3.2 检查必需的内核配置

使用以下脚本验证关键eBPF特性是否编译进内核：

# 检查BPF相关配置
cat /boot/config-$(uname -r) | grep -E "CONFIG_BPF|CONFIG_DEBUG_INFO_BTF"

# 关键配置项
# CONFIG_BPF=y
# CONFIG_BPF_SYSCALL=y
# CONFIG_BPF_JIT=y
# CONFIG_DEBUG_INFO_BTF=y  (必需，用于BTF支持)

  BTF（BPF Type Format）是Cilium和Hubble实现无编译依赖eBPF程序加载的核心技术。若内核未开启CONFIG_DEBUG_INFO_BTF，Cilium将无法正常工作。Ubuntu 20.04+、Fedora 31+、CentOS 8+默认支持BTF。

4.3.3 使用Cilium内置检查工具

安装Cilium CLI后，可使用其内置的sysdump功能快速诊断内核兼容性：

# 安装Cilium CLI
curl -L --remote-name-all https://github.com/cilium/cilium-cli/releases/latest/download/cilium-linux-amd64.tar.gz
sudo tar xzvfC cilium-linux-amd64.tar.gz /usr/local/bin
rm cilium-linux-amd64.tar.gz

# 运行预检查（无需集群）
cilium sysdump --only-kernel-check

# 或直接使用status命令（需集群运行后）
cilium status --verbose

4.3.4 内核版本与eBPF功能对照表

内核版本	关键eBPF特性	对Cilium的影响
4.9 - 4.19	基础BPF、XDP、tc BPF	仅支持Cilium 1.12以下版本，无BTF
5.4 - 5.9	BPF trampoline、BPF iterator	支持Cilium 1.13，但Hubble功能受限
5.10 - 5.15	BTF稳定、BPF spinlock、BPF timers	推荐版本，Cilium 1.14+全功能支持
6.0+	BPF CO-RE完善、BPF link、BPF cookie	最佳体验，支持所有高级特性

4.4 环境准备总览图

下图展示了从宿主机到Kubernetes集群，再到eBPF观测工具的整体环境栈。绿色节点表示本阶段需要完成的环境组件。

4.5 环境验证清单

完成上述步骤后，请逐项确认以下检查点，确保环境就绪：

集群节点状态：kubectl get nodes 输出显示所有节点为 Ready 状态。
Helm版本：helm version 输出 ≥ 3.12.0。
内核版本：uname -r 输出 ≥ 5.10。
BTF支持：cat /boot/config-$(uname -r) | grep CONFIG_DEBUG_INFO_BTF 返回 y。
Docker运行正常：docker info 无报错，且Kind容器可正常创建。

快速验证脚本：将以下命令保存为 check-env.sh，一键输出环境状态：

echo "Kernel: $(uname -r)" && echo "Helm: $(helm version --short)" && echo "Nodes: $(kubectl get nodes -o jsonpath='{.items[*].status.conditions[?(@.type=="Ready")].status}')" && echo "BTF: $(cat /boot/config-$(uname -r) 2>/dev/null | grep CONFIG_DEBUG_INFO_BTF || echo 'not found')"

环境准备完成后，下一阶段将进入Cilium的Helm部署与eBPF数据面验证。请确保本阶段所有检查点均通过，否则后续的流量可视化与告警配置将无法正常演示。