Kubernetes 学习环境搭建手册 (Ubuntu 25.04)

架构

Kubernetes (K8S) 是一个开源的容器编排系统，采用主从架构，主要组件包括：

控制平面 (Control Plane):

• API Server: 集群的统一入口，提供 RESTful API 接口，所有组件都通过它与集群交互
• etcd: 高可用的分布式键值存储，持久化保存所有集群数据（唯一有状态组件）
• Scheduler: 负责资源调度，根据策略将 Pod 绑定到合适的工作节点
• Controller Manager: 运行各种控制器的主进程（如 Deployment 控制器、Node 控制器等），确保集群状态符合预期声明

工作节点 (Worker Nodes):

• Kubelet: 节点上的核心代理，负责与 API Server 通信并管理本节点容器的生命周期
• Kube-proxy: 实现 Service 抽象，通过 iptables/IPVS 维护网络规则，实现服务发现和负载均衡
• 容器运行时: 负责镜像管理和容器运行（推荐 containerd，Docker 已被弃用）

步骤

1. 环境准备

   # 更新系统
   sudo apt update && sudo apt upgrade -y
   # 安装必要工具
   sudo apt install -y curl apt-transport-https ca-certificates
   

2. 安装容器运行时 (containerd)

   # 安装containerd
   sudo apt install -y containerd
   # 配置 containerd
   sudo mkdir -p /etc/containerd
   containerd config default | sudo tee /etc/containerd/config.toml
   sudo systemctl restart containerd
   

3. 安装 kubeadm, kubelet 和 kubectl

   # 添加Kubernetes仓库
   sudo curl -fsSLo /usr/share/keyrings/kubernetes-archive-keyring.gpg https://packages.cloud.google.com/apt/doc/apt-key.gpg
   echo "deb [signed-by=/usr/share/keyrings/kubernetes-archive-keyring.gpg] https://apt.kubernetes.io/ kubernetes-xenial main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list
   # 安装组件
   sudo apt update
   sudo apt install -y kubelet kubeadm kubectl
   sudo apt-mark hold kubelet kubeadm kubectl
   

4. 初始化集群

   # 初始化控制平面
   sudo kubeadm init --pod-network-cidr=10.244.0.0/16
   # 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
   

5. 安装网络插件 (Flannel)

   kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/flannel-io/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml
   

6. 允许主节点调度 Pod (单节点集群)

   kubectl taint nodes --all node-role.kubernetes.io/control-plane-
   

配置

1. 日志管理

   # 查看Pod日志
   kubectl logs <pod-name>
   

2. 存储配置

   创建 PersistentVolume (PV):

   apiVersion: v1
   kind: PersistentVolume
   metadata:
   name: pv-local
   spec:
   capacity:
       storage: 5Gi
   accessModes:
       - ReadWriteOnce
   hostPath:
       path: "/mnt/data"
   persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
   

   创建 PersistentVolumeClaim (PVC):

   apiVersion: v1
   kind: PersistentVolumeClaim
   metadata:
   name: pvc-local
   spec:
   accessModes:
       - ReadWriteOnce
   resources:
       requests:
           storage: 1Gi
   

   kubectl get pv
   kubectl get pvc
   kubectl describe pvc pvc-local
   

数据库部署 (MySQL 示例)

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
    name: mysql
spec:
    selector:
        matchLabels:
            app: mysql
    replicas: 1
    template:
        metadata:
            labels:
                app: mysql
        spec:
            containers:
                - name: mysql
                  image: mysql:5.7
                  env:
                      - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
                        value: "password"
                  ports:
                      - containerPort: 3306
                  volumeMounts:
                      - name: mysql-persistent-storage
                        mountPath: /var/lib/mysql
            volumes:
                - name: mysql-persistent-storage
                  persistentVolumeClaim:
                      claimName: pvc-local

动态伸缩

手动伸缩:

kubectl scale deployment <deployment-name> --replicas=3 -n <namespace>
# 不带命名空间的话，就用 default

自动伸缩 (HPA):

# 1. 部署服务（资源限制）
# resources:
#   requests:
#     cpu: "100m"

# 2. 安装 metrics-server
kubectl apply -f https://github.com/kubernetes-sigs/metrics-server/releases/latest/download/components.yaml
# 如果遇到证书错误
kubectl patch deployment metrics-server -n kube-system --type='json' -p='[{"op":"add","path":"/spec/template/spec/containers/0/args/-","value":"--kubelet-insecure-tls"}]'

# 3. 创建 HPA
kubectl autoscale deployment <deployment-name> --cpu-percent=50 --min=1 --max=5

# 4. 生成负载测试（新终端）
kubectl run -i --tty load-generator --rm --image=busybox --restart=Never -- /bin/sh -c "while true; do wget -q -O- http://hpa-test; done"

# 5. 观察HPA
watch kubectl get hpa

常用命令速查

• 查看节点状态
  kubectl get nodes
• 查看所有 Pod
  kubectl get pods -A
• 查看服务
  kubectl get services
• 查看部署
  kubectl get deployments
• 进入 Pod 容器
  kubectl exec -it -- /bin/bash
• 删除资源
  kubectl delete