从零到一：Kubernetes集群部署与运维全流程指南

一、环境准备与前置条件

1.1 硬件资源规划

生产环境建议采用3节点高可用架构，每个节点配置：

• CPU：4核以上（支持虚拟化）
• 内存：16GB以上（Worker节点建议32GB+）
• 磁盘：200GB+ SSD（系统盘与数据盘分离）
• 网络：千兆网卡（推荐万兆网络）

测试环境可使用单节点部署，但需注意资源隔离。例如在Ubuntu 22.04系统上，需预留至少4GB内存给kubelet进程。

1.2 操作系统调优

执行以下系统级配置：

# 禁用交换分区（Kubernetes要求）
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
# 安装依赖组件
sudo apt update
sudo apt install -y containerd apt-transport-https curl

1.3 容器运行时选择

推荐使用containerd作为运行时：

# 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

二、Kubernetes集群安装

2.1 使用kubeadm初始化控制平面

# 安装kubeadm/kubelet/kubectl
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 update
sudo apt install -y kubelet kubeadm kubectl
# 初始化控制节点（使用指定版本）
sudo kubeadm init --kubernetes-version v1.28.0 \
  --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 \
  --service-cidr=10.96.0.0/12 \
  --control-plane-endpoint="192.168.1.100:6443"
# 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Worker节点

在Worker节点执行：

# 获取加入命令（在控制节点执行）
kubeadm token create --print-join-command
# Worker节点执行返回的命令
# 示例：
kubeadm join 192.168.1.100:6443 --token abcdef.1234567890abcdef \
  --discovery-token-ca-cert-hash sha256:xxxxxx

2.3 网络插件部署（Calico示例）

kubectl create -f https://raw.githubusercontent.com/projectcalico/calico/v3.26.1/manifests/calico.yaml
# 验证安装
kubectl get pods -n kube-system | grep calico

三、集群验证与核心功能测试

3.1 基础组件状态检查

# 查看节点状态
kubectl get nodes
# 检查核心组件Pod
kubectl get pods -n kube-system
# 验证API Server可访问性
curl -k https://192.168.1.100:6443/version

3.2 部署测试应用

# nginx-deployment.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-demo
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.25
        ports:
        - containerPort: 80

执行部署：

kubectl apply -f nginx-deployment.yaml
kubectl get pods -l app=nginx

3.3 服务暴露测试

# nginx-service.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-service
spec:
  selector:
    app: nginx
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 80
  type: NodePort

验证服务：

kubectl apply -f nginx-service.yaml
kubectl get svc nginx-service
# 获取NodePort端口后，通过任意节点IP访问
curl http://<node-ip>:<node-port>

四、生产环境优化建议

4.1 高可用架构设计

• 控制平面三节点部署
• 使用负载均衡器（如HAProxy）暴露API Server
• etcd集群独立部署（建议5节点）

4.2 资源管理策略

# 配置ResourceQuota
apiVersion: v1
kind: ResourceQuota
metadata:
  name: mem-cpu-quota
spec:
  hard:
    requests.cpu: "10"
    requests.memory: 20Gi
    limits.cpu: "20"
    limits.memory: 40Gi

4.3 监控体系搭建

推荐Prometheus+Grafana方案：

# 使用kube-prometheus-stack
helm repo add prometheus-community https://prometheus-community.github.io/helm-charts
helm install prometheus prometheus-community/kube-prometheus-stack

五、常见问题处理

5.1 节点NotReady状态

检查步骤：

1. journalctl -u kubelet查看日志
2. 验证网络插件Pod状态
3. 检查/etc/kubernetes/kubelet.conf配置

5.2 证书过期处理

# 查看证书有效期
openssl x509 -in /etc/kubernetes/pki/apiserver.crt -noout -text | grep "Not After"
# 手动更新证书（控制节点）
kubeadm certs renew all
systemctl restart kubelet

5.3 版本升级流程

# 升级前备份
kubeadm config view > cluster-config.yaml
# 升级控制节点
apt install -y kubelet=1.28.1-00 kubeadm=1.28.1-00 kubectl=1.28.1-00
kubeadm upgrade apply v1.28.1
# 升级Worker节点
apt install -y kubelet=1.28.1-00 kubeadm=1.28.1-00
kubeadm upgrade node

六、进阶实践建议

1. 基础设施即代码：使用Terraform管理云资源，ArgoCD实现GitOps
2. 安全加固：启用PodSecurityPolicy，配置NetworkPolicy
3. 性能调优：调整--kube-reserved和--system-reserved参数
4. 备份方案：使用Velero进行集群资源备份

本教程覆盖了从环境准备到生产运维的全流程，建议结合官方文档（https://kubernetes.io/docs/）进行深入学习。实际部署时需根据业务需求调整参数配置，并建立完善的监控告警体系。