Kubernetes部署全流程指南：从零到生产环境实践

一、Kubernetes部署前的环境准备

1.1 硬件资源规划

生产环境建议采用3节点（1主2从）或5节点（3主2从）架构，单节点配置需满足：

• CPU：4核以上（控制平面节点建议8核）
• 内存：16GB以上（etcd节点需单独配置8GB+内存）
• 磁盘：200GB+ SSD（建议分区：/var/lib/docker 100GB，/var/lib/kubelet 50GB）
• 网络：千兆网卡（万兆网卡更佳）

1.2 操作系统选择

推荐使用以下Linux发行版：

• Ubuntu 22.04 LTS：社区支持完善，软件包更新及时
• CentOS 7/8：企业级稳定性，但需注意CentOS 8已停止维护
• RHEL 8：付费版本，提供长期技术支持

系统优化项：

# 禁用swap分区
sudo swapoff -a
sudo sed -i '/ swap / s/^\(.*\)$/#\1/g' /etc/fstab
# 配置内核参数
cat <<EOF | sudo tee /etc/sysctl.d/k8s.conf
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
net.ipv4.ip_forward = 1
EOF
sudo sysctl --system

1.3 容器运行时选择

Kubernetes 1.24+版本已移除Docker支持，推荐方案：

• containerd：轻量级，CNCF维护
• CRI-O：专注于Kubernetes的容器运行时
• Docker Engine（需配合cri-dockerd）：传统方案，兼容性最佳

containerd安装示例：

cat <<EOF | sudo tee /etc/modules-load.d/containerd.conf
overlay
br_netfilter
EOF
sudo modprobe overlay
sudo modprobe br_netfilter
# 安装containerd
sudo apt-get update && sudo apt-get install -y containerd
sudo mkdir -p /etc/containerd
containerd config default | sudo tee /etc/containerd/config.toml
sudo systemctl restart containerd

二、Kubernetes集群安装

2.1 使用kubeadm初始化集群

# 安装kubeadm/kubelet/kubectl
sudo apt-get update
sudo apt-get install -y apt-transport-https ca-certificates curl
curl -fsSL https://packages.cloud.google.com/apt/doc/apt-key.gpg | sudo gpg --dearmor -o /etc/apt/keyrings/kubernetes-archive-keyring.gpg
echo "deb [signed-by=/etc/apt/keyrings/kubernetes-archive-keyring.gpg] 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 kubeadm kubectl
# 初始化控制平面节点
sudo kubeadm init --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 --service-cidr=10.96.0.0/12
# 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

2.2 添加工作节点

在从节点执行：

kubeadm join 192.168.1.100:6443 --token abcdef.1234567890abcdef \
    --discovery-token-ca-cert-hash sha256:xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

2.3 验证集群状态

kubectl get nodes
# 预期输出：
# NAME       STATUS   ROLES           AGE     VERSION
# master01   Ready    control-plane  5m20s   v1.28.0
# worker01   Ready    <none>          2m30s   v1.28.0

三、网络配置与存储方案

3.1 CNI插件选择

插件	特点	适用场景
Calico	基于BGP的网络策略，性能优异	安全要求高的生产环境
Flannel	简单易用，VXLAN隧道	开发测试环境
Cilium	基于eBPF，支持高级网络功能	需要高性能L4/L7过滤

Calico安装示例：

kubectl create -f https://raw.githubusercontent.com/projectcalico/calico/v3.26.1/manifests/calico.yaml

3.2 存储类配置

生产环境推荐使用以下存储方案：

• 云存储：AWS EBS、Azure Disk、GCP PD
• 本地存储：LVM或ZFS提供块设备
• 分布式存储：Ceph、Rook-Ceph

示例StorageClass配置：

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: standard
provisioner: kubernetes.io/aws-ebs
parameters:
  type: gp2
  fsType: ext4
reclaimPolicy: Retain
allowVolumeExpansion: true

四、生产环境优化建议

4.1 高可用架构设计

• 控制平面高可用：使用3个etcd节点+3个控制平面节点
• 负载均衡：配置Nginx或HAProxy作为API Server入口
• 节点自动修复：启用NodeProblemDetector和Kubelet自动修复

4.2 监控与日志方案

推荐组合：

• 监控：Prometheus + Grafana + AlertManager
• 日志：EFK（Elasticsearch-Fluentd-Kibana）或Loki-Promtail-Grafana

Prometheus安装示例：

helm repo add prometheus-community https://prometheus-community.github.io/helm-charts
helm install prometheus prometheus-community/prometheus

4.3 安全加固措施

• RBAC权限控制：最小权限原则
• Pod安全策略：限制特权容器
• 网络策略：默认拒绝所有入站流量
• 镜像签名：使用cosign或Notary验证镜像

五、常见问题解决方案

5.1 节点状态异常处理

# 查看节点详细信息
kubectl describe node worker01
# 常见问题排查：
# 1. 磁盘空间不足：df -h
# 2. 内存不足：free -h
# 3. 网络连通性问题：ping <api-server-ip>
# 4. 证书过期：kubeadm certs renew all

5.2 Pod调度失败处理

# 查看未调度的Pod
kubectl get pods -n default -o wide | grep Pending
# 常见原因：
# 1. 资源不足：kubectl describe node | grep Allocated
# 2. 节点选择器不匹配：检查Pod的nodeSelector
# 3. 污点容忍度不足：kubectl describe node | grep Taints

六、升级与维护策略

6.1 版本升级流程

# 1. 升级kubeadm
apt-get install -y kubeadm=1.28.1-00
# 2. 升级控制平面
kubeadm upgrade plan
kubeadm upgrade apply v1.28.1
# 3. 升级kubelet
apt-get install -y kubelet=1.28.1-00
systemctl restart kubelet
# 4. 升级工作节点（逐个进行）
kubeadm upgrade node

6.2 备份与恢复方案

• etcd备份：使用etcdctl snapshot save
• 集群配置备份：备份/etc/kubernetes/目录
• 资源定义备份：使用kubectl get all --all-namespaces -o yaml > backup.yaml

七、总结与扩展建议

Kubernetes部署是一个系统工程，需要综合考虑硬件选型、网络架构、存储方案和安全策略。对于生产环境，建议：

1. 采用自动化工具（如Ansible、Terraform）实现基础设施即代码
2. 实施CI/CD流水线自动化部署流程
3. 建立完善的监控告警体系
4. 定期进行混沌工程测试

通过以上实践，可以构建出高可用、可扩展的Kubernetes平台，为容器化应用提供稳定的基础设施支持。