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Ubuntu部署Kubernetes集群完整指南

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UbuntuKubernetes容器编排

|难度：普通|阅读约 11 分钟

1. 为什么选择Ubuntu部署Kubernetes？

作为Linux发行版中的常青树，Ubuntu凭借其稳定的LTS版本和活跃的社区支持，成为部署生产级Kubernetes集群的首选操作系统。我在多个实际项目中发现，Ubuntu 22.04 LTS与Kubernetes 1.24+版本的组合能提供最佳兼容性——内核默认包含overlay2存储驱动所需模块，且systemd版本完美适配kubelet服务管理。

重要提示：生产环境务必选择LTS版本（当前推荐22.04），非LTS版可能遇到内核模块缺失问题

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2. 环境准备与系统调优

2.1 硬件资源配置建议

控制节点：至少2核CPU/4GB内存/50GB磁盘
工作节点：根据负载调整，建议4核CPU起/8GB内存/100GB磁盘
所有节点需要：
- 唯一主机名（通过hostnamectl set-hostname设置）
- 禁用交换分区（swapoff -a并注释/etc/fstab中的swap行）
- 时间同步（timedatectl set-ntp true）

2.2 网络预配置要点

bash复制# 加载br_netfilter模块
sudo modprobe br_netfilter
echo 'br_netfilter' | sudo tee /etc/modules-load.d/k8s.conf

# 设置网络参数
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

3. 容器运行时安装与配置

3.1 Docker CE安装（可选方案）

bash复制# 卸载旧版本
sudo apt-get remove docker docker-engine docker.io containerd runc

# 安装依赖
sudo apt-get update
sudo apt-get install -y \
    apt-transport-https \
    ca-certificates \
    curl \
    gnupg \
    lsb-release

# 添加官方GPG密钥
curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo gpg --dearmor -o /usr/share/keyrings/docker-archive-keyring.gpg

# 设置稳定版仓库
echo \
  "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/usr/share/keyrings/docker-archive-keyring.gpg] https://download.docker.com/linux/ubuntu \
  $(lsb_release -cs) stable" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/docker.list > /dev/null

# 安装Docker引擎
sudo apt-get update
sudo apt-get install -y docker-ce docker-ce-cli containerd.io

# 配置cgroup驱动为systemd
sudo mkdir -p /etc/docker
cat <<EOF | sudo tee /etc/docker/daemon.json
{
  "exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"],
  "log-driver": "json-file",
  "log-opts": {
    "max-size": "100m"
  },
  "storage-driver": "overlay2"
}
EOF

# 重启服务
sudo systemctl enable docker
sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl restart docker

3.2 Containerd直接安装（推荐方案）

bash复制# 安装containerd
sudo apt-get update
sudo apt-get install -y containerd

# 生成默认配置
sudo mkdir -p /etc/containerd
containerd config default | sudo tee /etc/containerd/config.toml

# 修改配置使用systemd cgroup
sudo sed -i 's/SystemdCgroup = false/SystemdCgroup = true/' /etc/containerd/config.toml

# 重启服务
sudo systemctl restart containerd
sudo systemctl enable containerd

4. Kubernetes组件安装

4.1 添加Kubernetes仓库

bash复制# 添加APT密钥
sudo curl -fsSLo /usr/share/keyrings/kubernetes-archive-keyring.gpg https://packages.cloud.google.com/apt/doc/apt-key.gpg

# 添加Kubernetes仓库
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-get update
sudo apt-get install -y kubelet kubeadm kubectl

# 锁定版本防止自动升级
sudo apt-mark hold kubelet kubeadm kubectl

4.2 初始化控制平面

bash复制# 使用国内镜像源初始化
sudo kubeadm init \
  --image-repository registry.aliyuncs.com/google_containers \
  --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 \
  --service-cidr=10.96.0.0/12 \
  --apiserver-advertise-address=<本机IP>

# 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. 网络插件部署

5.1 Flannel网络部署

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

5.2 Calico网络部署（推荐生产环境）

bash复制kubectl create -f https://raw.githubusercontent.com/projectcalico/calico/v3.25.0/manifests/tigera-operator.yaml
kubectl create -f https://raw.githubusercontent.com/projectcalico/calico/v3.25.0/manifests/custom-resources.yaml

6. 工作节点加入集群

在控制平面初始化完成后，会输出类似以下的加入命令：

bash复制kubeadm join 192.168.1.100:6443 --token abcdef.0123456789abcdef \
    --discovery-token-ca-cert-hash sha256:xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

注意：token默认24小时有效，过期后可通过kubeadm token create --print-join-command生成新命令

7. 集群验证与问题排查

7.1 基础状态检查

bash复制# 查看节点状态
kubectl get nodes -o wide

# 查看Pod状态
kubectl get pods --all-namespaces

# 查看服务状态
kubectl get svc -A

7.2 常见问题解决方案

问题1：kubelet无法启动

现象：systemctl status kubelet显示"failed to load Kubelet config file"

解决：

bash复制sudo rm -rf /etc/kubernetes/manifests/
sudo systemctl restart kubelet

问题2：Pod一直处于Pending状态

可能原因：未安装网络插件或资源不足

检查命令：

bash复制kubectl describe pod <pod-name> | grep -A 10 Events
kubectl get events --sort-by='.metadata.creationTimestamp'

问题3：镜像拉取失败

临时解决方案：

bash复制docker pull registry.aliyuncs.com/google_containers/<image-name>
docker tag registry.aliyuncs.com/google_containers/<image-name> k8s.gcr.io/<image-name>

8. 生产环境优化建议

8.1 证书自动续期配置

bash复制# 修改kubeadm配置
sudo vi /etc/kubernetes/kubeadm-config.yaml
# 添加如下内容：
apiVersion: kubeadm.k8s.io/v1beta3
kind: ClusterConfiguration
controllerManager:
  extraArgs:
    feature-gates: RotateKubeletServerCertificate=true
    cluster-signing-duration: 87600h0m0s

8.2 节点资源预留配置

bash复制# 编辑kubelet配置
sudo vi /var/lib/kubelet/config.yaml
# 添加：
evictionHard:
  memory.available: "500Mi"
  nodefs.available: "10%"
systemReserved:
  cpu: "500m"
  memory: "500Mi"

8.3 日志轮转配置

bash复制# 创建日志轮转配置
sudo tee /etc/logrotate.d/kubernetes <<EOF
/var/log/pods/*/*/*.log {
    daily
    rotate 7
    missingok
    compress
    delaycompress
    copytruncate
}
EOF

9. 集群维护操作指南

9.1 版本升级流程

bash复制# 1. 升级kubeadm
sudo apt-get update
sudo apt-get install -y kubeadm=<新版本号>

# 2. 检查升级计划
sudo kubeadm upgrade plan

# 3. 执行升级
sudo kubeadm upgrade apply <目标版本>

# 4. 升级节点组件
sudo apt-get install -y kubelet=<新版本号> kubectl=<新版本号>
sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl restart kubelet

9.2 备份与恢复方案

bash复制# 备份etcd
sudo ETCDCTL_API=3 etcdctl \
  --endpoints=https://127.0.0.1:2379 \
  --cacert=/etc/kubernetes/pki/etcd/ca.crt \
  --cert=/etc/kubernetes/pki/etcd/server.crt \
  --key=/etc/kubernetes/pki/etcd/server.key \
  snapshot save /tmp/etcd-snapshot-$(date +%Y%m%d).db

# 恢复etcd
sudo ETCDCTL_API=3 etcdctl snapshot restore /tmp/etcd-snapshot.db \
  --data-dir /var/lib/etcd-backup