一、引言：为何选择Kubernetes单机部署？

在云计算与容器化技术飞速发展的今天，Kubernetes（简称K8s）已成为容器编排领域的标准。然而，对于开发者而言，在生产环境部署K8s集群前，往往需要先在本地环境中进行测试与验证。Kubernetes单机部署，即在一台物理机或虚拟机上搭建一个完整的K8s集群，为开发者提供了一个低成本、高效率的测试平台。它不仅能够帮助开发者快速熟悉K8s的核心概念与操作，还能在开发初期就发现并解决潜在的问题，从而降低后期生产环境部署的风险。

二、环境准备：硬件与软件要求

1. 硬件要求

Kubernetes单机部署对硬件的要求相对较低，但为了确保系统的稳定运行，建议至少满足以下配置：

• CPU：4核及以上，多核处理器能够更好地支持K8s的并发操作。
• 内存：8GB及以上，K8s组件（如etcd、kube-apiserver等）在运行过程中会占用一定的内存。
• 磁盘空间：至少50GB的可用空间，用于存储K8s组件、容器镜像及日志等数据。
• 网络：确保主机具备稳定的网络连接，以便下载依赖包及与外部服务通信。

2. 软件要求

• 操作系统：推荐使用Linux发行版，如Ubuntu 20.04 LTS或CentOS 7/8，这些系统对K8s的支持较为成熟。
• Docker：K8s依赖于Docker作为容器运行时，需提前安装并配置好Docker环境。
• Kubeadm、Kubelet、Kubectl：这是K8s官方提供的部署工具，用于初始化集群、管理节点及与集群交互。

三、Kubernetes单机部署步骤

1. 安装Docker

以Ubuntu为例，执行以下命令安装Docker：

# 更新软件包索引
sudo apt-get update
# 安装依赖包
sudo apt-get install -y apt-transport-https ca-certificates curl gnupg-agent software-properties-common
# 添加Docker官方GPG密钥
curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo apt-key add -
# 设置Docker稳定版仓库
sudo add-apt-repository "deb [arch=amd64] https://download.docker.com/linux/ubuntu $(lsb_release -cs) stable"
# 更新软件包索引并安装Docker CE
sudo apt-get update
sudo apt-get install -y docker-ce docker-ce-cli containerd.io
# 启动Docker服务并设置开机自启
sudo systemctl enable docker
sudo systemctl start docker

2. 安装Kubeadm、Kubelet、Kubectl

# 添加K8s官方GPG密钥
curl -s https://packages.cloud.google.com/apt/doc/apt-key.gpg | sudo apt-key add -
# 设置K8s稳定版仓库
cat <<EOF | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list
deb https://apt.kubernetes.io/ kubernetes-xenial main
EOF
# 更新软件包索引并安装Kubeadm、Kubelet、Kubectl
sudo apt-get update
sudo apt-get install -y kubelet kubeadm kubectl
# 锁定版本，防止自动升级导致兼容性问题
sudo apt-mark hold kubelet kubeadm kubectl

3. 初始化K8s集群

使用kubeadm init命令初始化集群，此过程中会生成一个用于加入其他节点的令牌（在单机部署中，此步骤主要用于配置控制平面）：

# 初始化集群，--pod-network-cidr参数用于指定Pod网络地址范围
sudo kubeadm init --pod-network-cidr=10.244.0.0/16
# 按照提示，设置kubectl配置文件权限
mkdir -p $HOME/.kube
sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config

4. 部署Pod网络插件

K8s支持多种Pod网络插件，如Calico、Flannel等。这里以Flannel为例：

# 下载Flannel的YAML配置文件
wget https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml
# 应用配置文件
kubectl apply -f kube-flannel.yml

5. 验证集群状态

# 查看节点状态
kubectl get nodes
# 查看Pod状态
kubectl get pods -n kube-system

若节点状态为Ready，且所有系统Pod均处于Running状态，则表明集群初始化成功。

四、配置优化与常见问题解决

1. 配置优化

• 资源限制：通过kubectl edit命令修改kube-apiserver、etcd等组件的资源配置，如CPU、内存限制，以避免资源耗尽导致的服务不可用。
• 日志轮转：配置日志轮转策略，防止日志文件过大占用过多磁盘空间。
• 安全加固：启用RBAC（基于角色的访问控制），限制对K8s API的访问权限；定期更新K8s组件及Docker镜像，修复已知的安全漏洞。

2. 常见问题解决

• 节点未就绪：检查kubelet服务状态，确保其正常运行；查看/var/log/syslog或journalctl -u kubelet日志，定位具体错误。
• Pod无法启动：使用kubectl describe pod <pod-name>命令查看Pod详细信息，检查镜像拉取、端口冲突等问题。
• 网络不通：确认Flannel等网络插件已正确部署；使用kubectl get pods -n kube-system检查网络插件Pod状态；在节点上执行ip route命令，检查路由表是否正确。

五、结语：Kubernetes单机部署的价值与展望

Kubernetes单机部署为开发者提供了一个灵活、高效的测试环境，使得在开发初期就能对K8s进行深入的探索与实践。通过本文的介绍，相信读者已经掌握了K8s单机部署的全流程，包括环境准备、组件安装、配置优化及常见问题解决。未来，随着K8s技术的不断发展，单机部署模式也将不断完善，为开发者带来更加便捷、稳定的测试体验。