清晰易懂的 Kubernetes 多节点集群部署教程（生产级方案）

最新推荐文章于 2025-06-06 15:56:38 发布

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Kubernetes（K8s）是容器编排领域的标准平台，本教程将手把手教你从零搭建生产可用的多节点集群，覆盖单机实验、多节点部署、避坑指南及服务器选型建议，确保学完即用！

一、环境准备（所有节点）

1. 服务器最低配置

角色	CPU	内存	磁盘	网络
控制平面（Master）	2核+	4GB+	20GB+	千兆内网互通
工作节点（Worker）	2核+	4GB+	50GB+	千兆内网互通

推荐生产配置：

控制平面：4核/8GB/100GB（SSD）
工作节点：根据业务负载动态扩展（建议 8核/16GB/200GB 起步）

2. 系统要求

操作系统：Ubuntu 22.04/CentOS 7+

禁用交换分区：

swapoff -a            # 临时禁用
sed -i '/ swap / s/^/#/' /etc/fstab  # 永久禁用

确保主机名唯一且可解析：

hostnamectl set-hostname master-node  # 控制平面节点
hostnamectl set-hostname worker-node1 # 工作节点

二、单节点快速体验（Minikube）

1. 安装 Minikube（开发测试）

# Linux/macOS
curl -LO https://storage.googleapis.com/minikube/releases/latest/minikube-linux-amd64
sudo install minikube-linux-amd64 /usr/local/bin/minikube

# Windows
choco install minikube

2. 启动单节点集群

minikube start --driver=docker --cpus=2 --memory=4g
kubectl get nodes  # 验证节点状态

三、多节点生产集群部署（kubeadm）

1. 所有节点：安装容器运行时和 K8s 组件

# 安装 containerd（推荐）
apt-get update && apt-get install -y containerd
containerd config default > /etc/containerd/config.toml
systemctl restart containerd

# 安装 kubeadm/kubelet/kubectl
apt-get install -y apt-transport-https ca-certificates curl
curl -fsSL https://pkgs.k8s.io/core:/stable:/v1.29/deb/Release.key | gpg --dearmor -o /etc/apt/keyrings/kubernetes-apt-keyring.gpg
echo 'deb [signed-by=/etc/apt/keyrings/kubernetes-apt-keyring.gpg] https://pkgs.k8s.io/core:/stable:/v1.29/deb/ /' | tee /etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list
apt-get update && apt-get install -y kubelet kubeadm kubectl

2. 控制平面节点初始化

kubeadm init \
  --apiserver-advertise-address=192.168.1.100 \  # 替换为 Master 节点 IP
  --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 \             # 匹配网络插件
  --upload-certs \
  --control-plane-endpoint=cluster-endpoint:6443 # 高可用需配置负载均衡器

# 成功后按提示执行
mkdir -p $HOME/.kube
sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config

3. 工作节点加入集群

在控制平面节点获取加入命令：

kubeadm token create --print-join-command
# 输出示例：kubeadm join 192.168.1.100:6443 --token xyz... --discovery-token-ca-cert-hash sha256:...

在工作节点执行上述命令：

kubeadm join 192.168.1.100:6443 --token ... --discovery-token-ca-cert-hash ...

4. 安装网络插件（Calico）

kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/projectcalico/calico/v3.27.0/manifests/calico.yaml
kubectl get pods -n kube-system  # 等待所有 Pod 变为 Running

四、必学核心操作

1. 部署第一个应用

kubectl create deployment nginx --image=nginx:latest
kubectl expose deployment nginx --port=80 --type=NodePort
kubectl get svc nginx  # 获取访问端口（如 30080）
curl http://节点IP:30080  # 验证访问

2. 配置文件管理

# 创建 ConfigMap
kubectl create configmap app-config --from-literal=LOG_LEVEL=debug

# 创建 Secret（Base64 编码）
echo -n 'admin' | base64  # 得到 YWRtaW4=
kubectl create secret generic db-secret --from-literal=password=YWRtaW4=

3. 持久化存储（PV/PVC）

# pv.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: my-pv
spec:
  capacity:
    storage: 10Gi
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  hostPath:
    path: /data/storage

kubectl apply -f pv.yaml
kubectl get pv

五、避坑指南（生产必看）

1. 证书过期导致集群不可用

现象：kubectl 报错 certificate has expired

解决：

kubeadm alpha certs renew all  # 更新证书

2. 节点 NotReady 状态

常见原因：
1. 网络插件未正确安装
2. 防火墙阻断 K8s 端口（需开放 6443、2379-2380、10250-10255）
3. 容器运行时崩溃

3. 资源配额不足

现象：Pod 处于 Pending 状态

解决：

检查节点资源：kubectl describe node

配置资源请求与限制：

resources:
  requests:
    memory: "512Mi"
    cpu: "500m"
  limits:
    memory: "1Gi"
    cpu: "1"

4. 镜像拉取失败

现象：ErrImagePull 或 ImagePullBackOff

解决：

配置镜像加速器（修改 /etc/containerd/config.toml）：

[plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".registry.mirrors]
  [plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".registry.mirrors."docker.io"]
    endpoint = ["https://registry-1.docker.io", "https://mirror.ccs.tencentyun.com"]

六、多节点高可用架构建议

1. 控制平面高可用

部署架构：

HAProxy/Nginx → Master1 (API Server)
             → Master2
             → Master3

安装步骤：
1. 使用 kubeadm init 时指定 --control-plane-endpoint=负载均衡器IP:端口
2. 其他 Master 节点执行 kubeadm join 并添加 --control-plane 参数

2. ETCD 集群配置

kubeadm init \
  --config=kubeadm-config.yaml  # 包含 etcd 集群配置

示例 kubeadm-config.yaml：

apiVersion: kubeadm.k8s.io/v1beta3
kind: ClusterConfiguration
etcd:
  external:
    endpoints:
      - "https://etcd1:2379"
      - "https://etcd2:2379"
      - "https://etcd3:2379"

3. 工作节点扩展策略

自动伸缩：部署 Cluster Autoscaler 根据负载动态增减节点

污点与容忍：隔离专用节点（如 GPU 节点）

kubectl taint nodes gpu-node dedicated=gpu:NoSchedule

七、监控与日志方案

1. 核心监控组件

工具	用途
Prometheus	采集集群指标
Grafana	可视化监控仪表盘
Loki	日志聚合

2. 快速部署监控栈

# 安装 Helm
curl https://raw.githubusercontent.com/helm/helm/main/scripts/get-helm-3 | bash

# 添加仓库并安装
helm repo add prometheus-community https://prometheus-community.github.io/helm-charts
helm install kube-prometheus prometheus-community/kube-prometheus-stack