一、轻量应用服务器与K8s的适配性分析

轻量应用服务器（如AWS Lightsail、阿里云轻量服务器、腾讯云轻量应用服务器）以低配资源（1-4核CPU、1-8GB内存）和包年包月定价模式，成为中小规模K8s实验的理想选择。相比传统云服务器，轻量服务器成本降低60%-70%，但需解决资源限制带来的挑战。

典型场景适配：

• 开发测试环境：快速搭建隔离的K8s沙箱
• 个人项目部署：运行博客、API服务等轻量级应用
• 边缘计算节点：作为主集群的补充计算资源

核心限制：

• 单节点资源有限（建议单节点不超过2个Pod）
• 磁盘I/O性能较弱（需优化etcd存储）
• 公网带宽通常为1-5Mbps（需限制集群间通信流量）

二、公网环境搭建前的关键准备

1. 网络拓扑设计

采用”控制平面内网+工作节点公网”的混合架构：

graph TD
    A[Master节点] -->|内网IP| B[Etcd集群]
    A -->|公网IP| C[Worker节点1]
    A -->|公网IP| D[Worker节点2]
    E[负载均衡器] -->|443| A

• Master节点配置双网卡：内网用于集群通信，公网用于API访问
• Worker节点仅需公网IP，通过--node-ip参数指定内网通信地址（如有）

2. 安全组配置

必须开放的端口：

• TCP 6443 (Kubernetes API Server)
• TCP 2379-2380 (etcd client/server)
• TCP 10250 (Kubelet API)
• TCP 10255 (ReadOnly Kubelet API)
• UDP 8472 (Flannel VXLAN)

建议限制源IP范围，仅允许管理终端和跳板机访问控制平面。

3. 镜像选择策略

优先使用精简版操作系统：

• Ubuntu Server 22.04 LTS (最小安装)
• Alpine Linux 3.18+
• CoreOS Container Linux（已停止更新，不推荐新项目）

容器镜像需满足：

• 单容器内存不超过节点总内存的50%
• 镜像层数控制在10层以内
• 使用多阶段构建减少最终镜像大小

三、分步搭建流程（以Ubuntu为例）

1. 基础环境初始化

# 更新系统并安装依赖
sudo apt update && sudo apt install -y \
    apt-transport-https \
    ca-certificates \
    curl \
    gnupg \
    socat \
    conntrack \
    ebtables \
    ipset
# 禁用交换分区（K8s要求）
sudo swapoff -a
sudo sed -i '/ swap / s/^\(.*\)$/#\1/g' /etc/fstab

2. 安装容器运行时

推荐使用containerd（资源占用比Docker少30%）：

# 安装containerd
cat <<EOF | sudo tee /etc/modules-load.d/containerd.conf
overlay
br_netfilter
EOF
sudo modprobe overlay
sudo modprobe br_netfilter
# 配置内核参数
cat <<EOF | sudo tee /etc/sysctl.d/99-kubernetes-cri.conf
net.bridge.bridge-nf-call-iptables  = 1
net.ipv4.ip_forward                 = 1
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
EOF
sudo sysctl --system
# 安装containerd
curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo gpg --dearmor -o /usr/share/keyrings/docker-archive-keyring.gpg
echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/usr/share/keyrings/docker-archive-keyring.gpg] https://download.docker.com/linux/ubuntu $(lsb_release -cs) stable" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/containerd.list
sudo apt update
sudo apt install -y containerd.io
# 配置containerd
sudo mkdir -p /etc/containerd
containerd config default | sudo tee /etc/containerd/config.toml
sudo sed -i 's/SystemdCgroup \= false/SystemdCgroup \= true/' /etc/containerd/config.toml
sudo systemctl restart containerd

3. 安装Kubernetes组件

# 添加K8s仓库
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
# 安装kubeadm/kubelet/kubectl
sudo apt update
sudo apt install -y kubelet=1.28.0-00 kubeadm=1.28.0-00 kubectl=1.28.0-00
sudo apt-mark hold kubelet kubeadm kubectl
# 初始化控制平面（单节点测试）
sudo kubeadm init --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 --ignore-preflight-errors=Swap
# 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

4. 网络插件部署（Calico示例）

kubectl create -f https://raw.githubusercontent.com/projectcalico/calico/v3.26.1/manifests/calico.yaml
# 修改Calico的MTU设置（适应轻量服务器带宽）
kubectl set env daemonset/calico-node -n kube-system FELIX_IPINIPMTU=1400

四、生产环境优化方案

1. 资源限制配置

# 创建LimitRange防止资源滥用
apiVersion: v1
kind: LimitRange
metadata:
  name: mem-cpu-limit
  namespace: default
spec:
  limits:
  - default:
      cpu: 500m
      memory: 512Mi
    defaultRequest:
      cpu: 100m
      memory: 128Mi
    type: Container

2. 高可用改造

• 使用kubeadm join添加多个控制平面节点
• 配置etcd集群外置（需额外轻量服务器）
• 部署Haproxy+Keepalived实现API Server负载均衡

3. 监控体系搭建

# 部署Prometheus Operator
kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/prometheus-operator/prometheus-operator/v0.67.1/bundle.yaml
# 配置Node Exporter和kube-state-metrics
kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/prometheus-operator/prometheus-operator/v0.67.1/example/prometheus-operator-crd/monitoring.coreos.com_servicemonitors.yaml
kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/prometheus-operator/prometheus-operator/v0.67.1/example/user-guides/getting-started/prometheus-example.yaml

五、常见问题解决方案

1. Pod启动失败：检查kubectl describe pod <pod-name>中的Events，常见原因包括：

   • 镜像拉取失败（检查网络和镜像仓库权限）
   • 资源不足（使用kubectl top nodes查看）
   • CNI插件故障（检查calico-node日志）

2. API Server不可用：

   • 检查安全组是否放行6443端口
   • 验证/etc/kubernetes/manifests/kube-apiserver.yaml配置
   • 查看journalctl -u kubelet日志

3. 节点状态NotReady：

   • 确认kubelet服务运行正常
   • 检查/var/lib/kubelet/kubeadm-flags.env配置
   • 验证网络插件Pod状态

六、成本优化建议

1. 使用Spot实例（部分云厂商支持轻量服务器的竞价模式）
2. 采用Pod垂直自动扩缩（VPA）替代水平扩缩（HPA）
3. 配置镜像缓存（如使用Nexus或Harbor私有仓库）
4. 实施Pod反亲和性策略避免资源争抢
5. 定期清理未使用的PV和镜像

通过以上方案，开发者可在轻量应用服务器上构建满足生产基本需求的K8s集群，实现容器化应用的快速迭代和资源高效利用。实际部署时建议先在单节点环境验证，再逐步扩展到多节点架构。