单机部署Kubernetes 1.22：从零开始的完整指南

一、为什么选择单机部署Kubernetes 1.22？

在云计算和容器化技术快速发展的今天，Kubernetes已成为容器编排的事实标准。对于开发者、测试人员或小型团队而言，单机部署Kubernetes 1.22具有显著优势：

1. 低资源消耗：单机环境可模拟生产集群的核心功能，无需多台物理机或虚拟机，降低硬件成本。
2. 快速验证：在开发阶段快速验证应用与Kubernetes的兼容性，提前发现配置问题。
3. 学习价值：单机环境是理解Kubernetes组件（如API Server、etcd、kubelet）交互的最佳场景。
4. 版本适配：Kubernetes 1.22作为长期支持版本（LTS），修复了1.21的已知问题，并引入了Server-side Apply等重要特性，适合生产环境迁移前的测试。

二、环境准备与前置条件

1. 硬件要求

• CPU：至少2核（建议4核以上，避免资源竞争）
• 内存：8GB RAM（建议16GB，尤其是运行多节点模拟时）
• 磁盘：50GB以上可用空间（etcd数据、容器镜像存储）
• 网络：支持桥接或NAT的虚拟网络（避免端口冲突）

2. 操作系统选择

• 推荐系统：Ubuntu 20.04 LTS或CentOS 8（内核版本≥4.15）
• 关键配置：
  • 禁用Swap分区（Kubernetes对节点稳定性要求高）
  • 配置主机名解析（/etc/hosts中添加127.0.0.1 localhost和主机名映射）
  • 开放必要端口：6443（API Server）、10250（Kubelet）、10255（Read-only Kubelet）等。

3. 依赖工具安装

# Ubuntu示例：安装Docker和conntrack
sudo apt-get update
sudo apt-get install -y docker.io conntrack
# CentOS示例：安装Docker CE
sudo yum install -y yum-utils
sudo yum-config-manager --add-repo https://download.docker.com/linux/centos/docker-ce.repo
sudo yum install -y docker-ce docker-ce-cli containerd.io

三、单机部署Kubernetes 1.22的详细步骤

1. 使用Kubeadm初始化集群

Kubeadm是Kubernetes官方推荐的部署工具，可自动化完成核心组件安装。
步骤1：安装Kubeadm、Kubelet和Kubectl

# Ubuntu示例
sudo apt-get install -y apt-transport-https curl
curl -s https://packages.cloud.google.com/apt/doc/apt-key.gpg | sudo apt-key add -
echo "deb https://apt.kubernetes.io/ kubernetes-xenial main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list
sudo apt-get update
sudo apt-get install -y kubelet=1.22.0-00 kubeadm=1.22.0-00 kubectl=1.22.0-00
sudo apt-mark hold kubelet kubeadm kubectl
# CentOS示例
cat <<EOF > /etc/yum.repos.d/kubernetes.repo
[kubernetes]
name=Kubernetes
baseurl=https://packages.cloud.google.com/yum/repos/kubernetes-el7-\$basearch
enabled=1
gpgcheck=1
repo_gpgcheck=1
gpgkey=https://packages.cloud.google.com/yum/doc/yum-key.gpg https://packages.cloud.google.com/yum/doc/rpm-package-key.gpg
EOF
sudo yum install -y kubelet-1.22.0 kubeadm-1.22.0 kubectl-1.22.0
sudo systemctl enable --now kubelet

步骤2：初始化控制平面

sudo kubeadm init --kubernetes-version=v1.22.0 --pod-network-cidr=10.244.0.0/16
# 参数说明：
# --pod-network-cidr：指定Pod网络范围（需与后续CNI插件匹配）
# --apiserver-advertise-address：若有多网卡，需指定监听IP

初始化成功后，终端会输出类似以下信息：

Your Kubernetes control-plane has initialized successfully!
To start using your cluster, you need to run the following as a regular user:
  mkdir -p $HOME/.kube
  sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
  sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config

步骤3：配置Kubectl

mkdir -p $HOME/.kube
sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config

2. 部署CNI网络插件

Kubernetes默认不提供网络实现，需手动部署CNI（Container Network Interface）插件。
推荐选项：Calico

kubectl create -f https://docs.projectcalico.org/manifests/calico.yaml
# 或使用Flannel（更轻量）
kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml

验证网络状态：

kubectl get pods -n kube-system | grep calico  # 或flannel

3. 加入工作节点（单机环境可跳过）

若需模拟多节点，可在同一台机器上通过kubeadm join添加工作节点，但需注意：

• 避免端口冲突（修改Kubelet的--node-ip参数）
• 使用--control-plane标志可添加额外控制平面节点（高可用测试）

四、关键配置优化与验证

1. 核心组件状态检查

kubectl get componentstatuses  # 检查API Server、Controller Manager、Scheduler状态
kubectl get nodes -o wide       # 查看节点状态（Ready表示成功）

2. 部署测试应用

kubectl create deployment nginx --image=nginx:alpine
kubectl expose deployment nginx --port=80 --type=NodePort
kubectl get svc nginx           # 获取NodePort端口
curl http://localhost:<NodePort>  # 测试访问

3. 日志与故障排查

• Kubelet日志：journalctl -u kubelet -f
• API Server日志：sudo docker logs -f k8s_kube-apiserver_<container-id>
• 常见问题：
  • 证书过期：运行kubeadm certs renew all
  • 网络不通：检查防火墙规则（sudo ufw status或sudo iptables -L）
  • 资源不足：通过kubectl top nodes查看资源使用率

五、单机部署的局限性及扩展建议

1. 高可用缺失：单机环境无法模拟etcd集群或控制平面冗余，生产环境需至少3个节点。
2. 性能瓶颈：单节点需承载所有组件（API Server、etcd、Kubelet），资源竞争可能导致延迟。
3. 扩展方案：
   • 使用kind（Kubernetes in Docker）快速创建多节点集群：

     kind create cluster --image=kindest/node:v1.22.0 --config=kind-config.yaml

   • 结合Minikube的--driver=none模式（直接使用主机Docker）：

     minikube start --kubernetes-version=v1.22.0 --driver=none

六、总结与最佳实践

单机部署Kubernetes 1.22是开发者学习、测试和验证的高效方式。通过Kubeadm自动化工具，结合CNI插件和资源监控，可快速构建功能完整的集群环境。建议：

1. 定期备份：使用etcdctl snapshot save备份etcd数据。
2. 版本锁定：通过apt-mark hold或yum versionlock防止意外升级。
3. 文档记录：保存kubeadm init的输出和配置文件，便于复现环境。

通过本文的步骤，读者可在20分钟内完成Kubernetes 1.22的单机部署，为后续的容器化应用开发奠定基础。