Kubernetes 1.8 单机部署全指南：从环境准备到集群管理

一、为何选择Kubernetes 1.8单机部署？

Kubernetes 1.8作为早期稳定版本，在功能完备性与系统稳定性之间达到了良好平衡。单机部署模式尤其适合以下场景：

1. 开发测试环境：快速验证应用在K8s环境下的运行表现
2. 教学演示：通过最小化部署理解核心组件交互
3. 边缘计算：在资源受限的单机设备上运行轻量级容器编排
4. CI/CD流水线：为持续集成提供标准化环境

相较于集群部署，单机模式省去了复杂的网络配置和节点间通信调试，同时保留了K8s的核心调度能力。1.8版本引入的Workload API、Storage Class等特性，为后续向生产环境迁移奠定了基础。

二、部署前环境准备

1. 系统要求验证

组件	最低配置	推荐配置
操作系统	CentOS 7.4+	Ubuntu 18.04 LTS
内存	4GB	8GB+
磁盘空间	20GB	50GB+（SSD优先）
CPU核心数	2	4+

执行free -h和df -h命令验证资源可用性，特别注意/var分区需预留足够空间存放容器镜像。

2. 依赖组件安装

# 安装Docker CE（17.03+）
sudo apt-get install -y \
    apt-transport-https \
    ca-certificates \
    curl \
    software-properties-common
curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo apt-key add -
sudo add-apt-repository \
   "deb [arch=amd64] https://download.docker.com/linux/ubuntu \
   $(lsb_release -cs) \
   stable"
sudo apt-get update && sudo apt-get install -y docker-ce
# 配置cgroup驱动（与kubelet保持一致）
cat <<EOF | sudo tee /etc/docker/daemon.json
{
  "exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"]
}
EOF
sudo systemctl restart docker

3. 网络环境配置

建议配置静态IP地址，避免DHCP分配变化导致API Server访问异常。编辑/etc/netplan/50-cloud-init.yaml示例：

network:
  version: 2
  ethernets:
    ens33:
      dhcp4: no
      addresses: [192.168.1.100/24]
      gateway4: 192.168.1.1
      nameservers:
        addresses: [8.8.8.8, 114.114.114.114]

应用配置：sudo netplan apply

三、核心组件部署流程

1. 使用kubeadm初始化集群

# 安装kubeadm/kubelet/kubectl（1.8.x版本）
apt-get update && apt-get install -y apt-transport-https curl
curl -s https://packages.cloud.google.com/apt/doc/apt-key.gpg | apt-key add -
cat <<EOF | tee /etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list
deb https://apt.kubernetes.io/ kubernetes-xenial main
EOF
apt-get update
apt-get install -y kubelet=1.8.15-00 kubeadm=1.8.15-00 kubectl=1.8.15-00
# 初始化控制平面（使用flannel网络插件）
kubeadm init --kubernetes-version=v1.8.15 \
  --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 \
  --apiserver-advertise-address=192.168.1.100

初始化完成后，务必执行提示的mkdir -p $HOME/.kube和sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config命令，确保kubectl具有管理权限。

2. 网络插件部署

推荐使用Flannel（0.10.0+版本兼容1.8）：

kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/v0.10.0/Documentation/kube-flannel.yml

验证网络状态：

kubectl get pods -n kube-system | grep flannel
# 应显示RUNNING状态

3. 节点角色配置

单机部署时需标记节点为可调度：

kubectl taint nodes --all node-role.kubernetes.io/master-

查看节点状态：

kubectl get nodes -o wide
# STATUS应为Ready，ROLES显示<none>

四、关键配置优化

1. 资源限制配置

编辑/etc/kubernetes/manifests/kube-controller-manager.yaml，添加：

spec:
  containers:
  - command:
    - kube-controller-manager
    - --address=0.0.0.0
    - --kubeconfig=/etc/kubernetes/controller-manager.conf
    - --leader-elect=false  # 单机模式禁用选举
    - --node-cidr-mask-size=24

2. 持久化存储配置

创建Local Volume示例：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: local-pv-1
spec:
  capacity:
    storage: 10Gi
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  storageClassName: local-storage
  local:
    path: /mnt/disks/ssd1
  nodeAffinity:
    required:
      nodeSelectorTerms:
      - matchExpressions:
        - key: kubernetes.io/hostname
          operator: In
          values:
          - your-node-name

3. 日志收集配置

部署EFK栈简化日志管理：

# Elasticsearch部署
kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/kubernetes/release-1.8/cluster/addons/fluentd-elasticsearch/es-statefulset.yaml
# Fluentd配置
kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/kubernetes/release-1.8/cluster/addons/fluentd-elasticsearch/fluentd-es-ds.yaml

五、常见问题解决方案

1. API Server启动失败

现象：journalctl -u kubelet显示Failed to start ContainerManager

解决方案：

1. 检查/var/lib/kubelet/kubeadm-flags.env中的--cgroup-driver是否与Docker一致
2. 验证内核参数：

   sysctl -a | grep ip_forward
   # 应显示net.ipv4.ip_forward = 1

2. Pod长时间处于ContainerCreating状态

排查步骤：

1. 执行kubectl describe pod <pod-name>查看Events
2. 检查镜像拉取：docker images | grep <image-name>
3. 验证CNI插件日志：journalctl -u kubelet -n 100 | grep cni

3. 节点NotReady状态

快速修复：

# 重启关键服务
systemctl restart docker kubelet
# 检查网络插件
kubectl get pods -n kube-system | grep -E 'flannel|weave'

六、进阶使用建议

1. 资源监控：部署Prometheus Operator收集指标

   kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/coreos/prometheus-operator/v0.24.0/bundle.yaml

2. 自动化备份：使用Velero进行集群资源备份

   velero install --provider aws --plugins velero/velero-plugin-for-aws:v1.0.0 \
   --bucket velero-backup \
   --secret-file ./credentials-velero \
   --backup-location-config region=minio,s3ForcePathStyle="true",s3Url=http://minio:9000

3. 多版本共存：通过命名空间隔离不同K8s版本应用

   kubectl create namespace v1.8-apps
   kubectl config set-context --current --namespace=v1.8-apps

七、版本升级路径

当需要升级到更高版本时，建议执行：

1. 前置检查：

   kubeadm upgrade plan
   # 检查输出中的可升级版本和前置条件

2. 执行升级：
   ```bash

   升级控制平面

   kubeadm upgrade apply v1.9.0

升级kubelet

apt-get install -y kubelet=1.9.0-00 kubectl=1.9.0-00
systemctl daemon-reload
systemctl restart kubelet

3. **验证升级**：
```bash
kubectl get nodes
# VERSION列应显示新版本号

结语

Kubernetes 1.8单机部署为开发者提供了低成本、高效率的容器编排解决方案。通过本文介绍的部署流程和优化策略，读者可以在30分钟内完成从环境准备到集群运行的全过程。建议定期备份/etc/kubernetes/目录下的配置文件，并关注CVE安全公告及时打补丁。对于生产环境，建议在此基础上扩展高可用架构，但单机模式仍是理解K8s核心机制的最佳切入点。