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从零开始：Kubernetes 集群部署与运维实战指南

作者：宇宙中心我曹县2025.09.26 16:38浏览量：1

简介：本文详述Kubernetes集群部署全流程，涵盖环境准备、组件安装、配置优化及故障排查，助力开发者掌握生产级K8s集群搭建与运维核心技能。

一、Kubernetes部署前环境准备

1.1 节点资源规划

生产环境部署前需根据业务需求进行资源评估，建议采用”3主节点+N工作节点”架构。主节点配置建议：8核CPU、32GB内存、200GB SSD存储，工作节点配置需根据容器密度调整，典型配置为16核CPU、64GB内存、500GB NVMe存储。需特别关注网络带宽，建议主节点间采用10Gbps互联。

1.2 操作系统优化

推荐使用CentOS 7/8或Ubuntu 20.04 LTS，需进行以下内核调优：

  1. # 修改sysctl参数
  2. cat >> /etc/sysctl.d/k8s.conf <<EOF
  3. net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
  4. net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
  5. net.ipv4.ip_forward = 1
  6. vm.swappiness = 0
  7. EOF
  9. # 加载br_netfilter模块
  10. modprobe br_netfilter
  11. sysctl --system

1.3 容器运行时选择

当前推荐使用containerd作为运行时，相比Docker可减少15%资源占用。安装命令：

  1. # 安装containerd
  2. cat <<EOF | sudo tee /etc/modules-load.d/containerd.conf
  3. overlay
  4. br_netfilter
  5. EOF
  7. sudo modprobe overlay
  8. sudo modprobe br_netfilter
  10. # 配置containerd
  11. mkdir -p /etc/containerd
  12. containerd config default | sudo tee /etc/containerd/config.toml
  13. sudo sed -i 's/SystemdCgroup \= false/SystemdCgroup \= true/' /etc/containerd/config.toml
  14. sudo systemctl restart containerd

二、Kubernetes核心组件部署

2.1 控制平面组件安装

使用kubeadm初始化控制平面时，需特别注意API Server证书配置。推荐生成3年有效期证书：

  1. # 生成kubeadm配置文件
  2. cat > kubeadm-config.yaml <<EOF
  3. apiVersion: kubeadm.k8s.io/v1beta3
  4. kind: ClusterConfiguration
  5. kubernetesVersion: v1.28.0
  6. controlPlaneEndpoint: "api.k8s.example.com:6443"
  7. networking:
  8.   podSubnet: 10.244.0.0/16
  9.   serviceSubnet: 10.96.0.0/12
  10. apiServer:
  11.   certSANs:
  12.   - "api.k8s.example.com"
  13.   - "192.168.1.10"
  14.   - "10.0.0.10"
  15. etcd:
  16.   local:
  17.     dataDir: /var/lib/etcd
  18. EOF
  20. # 初始化集群
  21. kubeadm init --config kubeadm-config.yaml --upload-certs

2.2 工作节点加入集群

获取join命令后，在工作节点执行前需配置cgroup驱动：

  1. # 配置containerd cgroup驱动
  2. sudo sed -i 's/SystemdCgroup \= false/SystemdCgroup \= true/' /etc/containerd/config.toml
  3. sudo systemctl restart containerd
  5. # 执行join命令（示例）
  6. kubeadm join api.k8s.example.com:6443 \
  7.   --token abcdef.1234567890abcdef \
  8.   --discovery-token-ca-cert-hash sha256:xxxxxx \
  9.   --cri-socket unix:///run/containerd/containerd.sock

2.3 网络插件部署

推荐Calico作为网络插件，支持NetworkPolicy且性能优异：

  1. # 部署Calico
  2. kubectl create -f https://raw.githubusercontent.com/projectcalico/calico/v3.26.1/manifests/calico.yaml
  4. # 验证网络
  5. kubectl get pods -n kube-system | grep calico
  6. kubectl run -it --rm debug --image=busybox --restart=Never -- sh
  7. # 在容器内执行
  8. ping 10.244.1.2

三、生产环境优化实践

3.1 高可用架构设计

采用堆叠式etcd架构时，需配置VIP浮动IP：

  1. # 配置keepalived
  2. cat > /etc/keepalived/keepalived.conf <<EOF
  3. vrrp_script chk_apiserver {
  4.   script "/usr/local/bin/check_apiserver.sh"
  5.   interval 3
  6.   weight -2
  7.   fall 2
  8.   rise 1
  9. }
  11. vrrp_instance VI_1 {
  12.   state BACKUP
  13.   interface eth0
  14.   virtual_router_id 51
  15.   priority 100
  16.   advert_int 1
  17.   authentication {
  18.     auth_type PASS
  19.     auth_pass K8S_HA_PASS
  20.   }
  21.   virtual_ipaddress {
  22.     192.168.1.200/24
  23.   }
  24.   track_script {
  25.     chk_apiserver
  26.   }
  27. }
  28. EOF

3.2 资源配额管理

实施Namespace级别的资源限制：

  1. # 创建ResourceQuota
  2. apiVersion: v1
  3. kind: ResourceQuota
  4. metadata:
  5.   name: compute-quota
  6.   namespace: dev
  7. spec:
  8.   hard:
  9.     requests.cpu: "100"
  10.     requests.memory: 200Gi
  11.     limits.cpu: "200"
  12.     limits.memory: 400Gi
  13.     pods: "50"

3.3 监控体系搭建

部署Prometheus Operator实现全维度监控：

  1. # 安装Prometheus Operator
  2. helm repo add prometheus-community https://prometheus-community.github.io/helm-charts
  3. helm install prometheus prometheus-community/kube-prometheus-stack \
  4.   --namespace monitoring \
  5.   --create-namespace \
  6.   --set prometheus.prometheusSpec.retention=30d \
  7.   --set alertmanager.enabled=true

四、故障排查与维护

4.1 常见证书问题处理

证书过期前90天需手动轮换：

  1. # 生成新证书
  2. kubeadm certs renew all
  4. # 重启控制平面组件
  5. kubectl -n kube-system delete pod -l component=kube-apiserver
  6. kubectl -n kube-system delete pod -l component=kube-controller-manager
  7. kubectl -n kube-system delete pod -l component=kube-scheduler

4.2 etcd数据备份恢复

定期执行etcd备份：

  1. # 创建备份目录
  2. mkdir -p /var/backups/etcd
  3. ETCDCTL_API=3 etcdctl --endpoints=https://127.0.0.1:2379 \
  4.   --cacert=/etc/kubernetes/pki/etcd/ca.crt \
  5.   --cert=/etc/kubernetes/pki/etcd/server.crt \
  6.   --key=/etc/kubernetes/pki/etcd/server.key \
  7.   snapshot save /var/backups/etcd/snapshot-$(date +%F).db

4.3 节点故障修复

当节点处于NotReady状态时，执行以下步骤：

  1. # 1. 检查节点状态
  2. kubectl get nodes
  4. # 2. 登录问题节点检查kubelet
  5. journalctl -u kubelet -n 100 --no-pager
  7. # 3. 常见修复命令
  8. systemctl restart kubelet
  9. cordon/drain问题节点
  10. kubectl cordon node-name
  11. kubectl drain node-name --ignore-daemonsets --delete-emptydir-data

五、升级与扩展策略

5.1 版本升级流程

采用分阶段升级策略，先升级控制平面：

  1. # 1. 下载新版本kubeadm
  2. apt-get update && apt-get install -y kubeadm=1.28.0-00
  4. # 2. 执行升级检查
  5. kubeadm upgrade plan
  7. # 3. 升级控制平面
  8. kubeadm upgrade apply v1.28.0
  10. # 4. 升级kubelet
  11. apt-get install -y kubelet=1.28.0-00
  12. systemctl restart kubelet

5.2 集群扩展实践

添加新节点时需注意标签管理：

  1. # 添加节点标签
  2. kubectl label nodes node-3 disktype=ssd
  3. kubectl label nodes node-4 disktype=hdd
  5. # 创建节点亲和性部署
  6. apiVersion: apps/v1
  7. kind: Deployment
  8. metadata:
  9.   name: ssd-app
  10. spec:
  11.   template:
  12.     spec:
  13.       affinity:
  14.         nodeAffinity:
  15.           requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
  16.             nodeSelectorTerms:
  17.             - matchExpressions:
  18.               - key: disktype
  19.                 operator: In
  20.                 values:
  21.                 - ssd

本教程系统梳理了Kubernetes部署全流程，从环境准备到生产优化，涵盖32个关键操作点。实际部署时建议先在测试环境验证所有步骤，特别是证书配置和网络策略部分。对于大型集群，推荐使用Ansible或Terraform实现自动化部署，可提升部署效率60%以上。

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