Kubernetes单机部署全攻略：从零到一搭建本地集群

一、为什么选择Kubernetes单机部署？

Kubernetes（K8s）作为容器编排领域的标准，其核心价值在于自动化部署、扩展和管理容器化应用。单机部署（Single-Node Kubernetes）通过在一台物理机或虚拟机上运行完整K8s集群，为开发者提供了低成本、高灵活性的本地开发环境。相较于生产环境的多节点集群，单机部署具有以下优势：

1. 资源占用可控：无需多台服务器，适合资源有限的开发环境。
2. 快速迭代：本地集群可随时重启或重置，加速CI/CD流程。
3. 学习成本低：无需理解多节点网络、存储等复杂配置，聚焦核心功能。
4. 测试隔离：独立环境避免与生产环境冲突，保障安全性。

典型应用场景包括：开发阶段的功能验证、CI/CD流水线测试、K8s Operator开发调试等。

二、环境准备与依赖安装

1. 操作系统要求

Kubernetes官方推荐使用Linux系统（如Ubuntu 20.04 LTS），Windows和macOS需通过虚拟机（如Multipass、Docker Desktop）或WSL2运行。本文以Ubuntu为例，其他系统需适配对应命令。

2. 硬件配置建议

• CPU：至少2核（推荐4核）
• 内存：至少4GB（推荐8GB以上）
• 磁盘：至少20GB可用空间（SSD更佳）
• 网络：支持IPv4/IPv6双栈（可选）

3. 依赖工具安装

# 安装Docker（容器运行时）
sudo apt update
sudo apt install -y docker.io
sudo systemctl enable docker
# 安装Kubectl（K8s命令行工具）
curl -LO "https://dl.k8s.io/release/$(curl -L -s https://dl.k8s.io/release/stable.txt)/bin/linux/amd64/kubectl"
chmod +x kubectl
sudo mv kubectl /usr/local/bin/
# 验证安装
kubectl version --client

三、Kubernetes单机部署方案

方案1：使用Minikube（推荐新手）

Minikube是官方提供的轻量级K8s单机部署工具，支持多种驱动（Docker、VirtualBox等）。

# 安装Minikube
curl -LO https://storage.googleapis.com/minikube/releases/latest/minikube-linux-amd64
chmod +x minikube-linux-amd64
sudo mv minikube-linux-amd64 /usr/local/bin/minikube
# 启动集群（使用Docker驱动）
minikube start --driver=docker
# 验证集群状态
kubectl get nodes

优势：一键启动，内置Dashboard和Metrics Server。
局限：功能较简化，部分高级特性（如多节点调度）不支持。

方案2：使用Kind（Kubernetes in Docker）

Kind通过Docker容器模拟K8s节点，适合需要多节点测试的场景。

# 安装Kind
curl -Lo ./kind https://kind.sigs.k8s.io/dl/v0.20.0/kind-linux-amd64
chmod +x ./kind
sudo mv ./kind /usr/local/bin/kind
# 创建单节点集群
kind create cluster --name single-node
# 验证集群
kubectl cluster-info

优势：纯Docker实现，无需额外依赖。
局限：网络配置较复杂，适合进阶用户。

方案3：手动部署（深度定制）

对于需要完全控制集群配置的用户，可手动安装K8s组件（etcd、kube-apiserver、kubelet等）。此方案步骤繁琐，仅推荐有经验的开发者使用。

四、核心组件配置与优化

1. 存储配置

单机部署默认使用hostPath存储，但生产环境需替换为持久化存储（如Local PV或NFS）。

# 示例：创建使用hostPath的PersistentVolume
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: local-pv
spec:
  capacity:
    storage: 10Gi
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  hostPath:
    path: /data/k8s-pv

2. 网络插件选择

单机环境推荐使用Calico或Flannel：

# 通过kubectl应用Calico
kubectl apply -f https://docs.projectcalico.org/manifests/calico.yaml

3. 资源限制与调优

通过ResourceQuota和LimitRange避免资源耗尽：

apiVersion: v1
kind: ResourceQuota
metadata:
  name: compute-quota
spec:
  hard:
    requests.cpu: "1"
    requests.memory: 1Gi
    limits.cpu: "2"
    limits.memory: 2Gi

五、常见问题与解决方案

1. 集群启动失败

• 现象：minikube start卡在“Starting cluster components”
• 原因：Docker未运行或资源不足
• 解决：

  sudo systemctl restart docker
  minikube delete && minikube start --cpus=2 --memory=4096

2. Pod无法调度

• 现象：Pod状态为Pending，事件显示Insufficient cpu
• 原因：节点资源不足
• 解决：调整Pod请求资源或扩容节点：

  kubectl edit node <node-name>  # 修改node.spec.taints或labels

3. 网络不通

• 现象：Pod间无法通信
• 原因：CNI插件未正确配置
• 解决：重新应用网络插件并重启kubelet：

  kubectl delete -f https://docs.projectcalico.org/manifests/calico.yaml
  kubectl apply -f https://docs.projectcalico.org/manifests/calico.yaml
  sudo systemctl restart kubelet

六、进阶实践：部署示例应用

以Nginx为例，验证单机集群功能：

# 创建Deployment
kubectl create deployment nginx --image=nginx:latest
# 暴露Service
kubectl expose deployment nginx --port=80 --type=NodePort
# 获取访问地址
minikube service nginx --url

访问输出URL，应看到Nginx默认页面。

七、总结与建议

Kubernetes单机部署是开发者快速上手K8s的最佳途径。建议：

1. 优先选择Minikube：简化配置流程，聚焦核心功能。
2. 定期备份数据：使用velero等工具备份集群状态。
3. 关注资源监控：通过kubectl top nodes和Prometheus监控资源使用。
4. 逐步扩展：从单机过渡到多节点集群时，优先测试网络和存储方案。

通过本文的指导，读者可高效完成Kubernetes单机部署，为后续生产环境迁移打下坚实基础。