一、环境准备与规划

1.1 硬件与软件要求

k8s（Kubernetes）作为容器编排领域的标杆，对硬件和软件环境有明确要求。硬件方面，建议每台节点（Master/Worker）配置至少2核CPU、4GB内存和50GB磁盘空间，实际生产环境需根据负载动态调整。软件层面，需准备Linux系统（推荐CentOS 7/8或Ubuntu 20.04）、Docker容器引擎（v20.10+）、kubeadm工具（v1.26+）及网络插件（如Calico或Flannel）。

1.2 网络拓扑设计

k8s集群的网络设计直接影响性能与可用性。推荐采用三层架构：Master节点负责控制平面（API Server、Scheduler、Controller Manager），Worker节点承载工作负载（kubelet、容器运行时），Etcd集群存储元数据。网络规划需考虑以下要点：

• 子网划分：为Pod分配独立CIDR（如10.244.0.0/16），避免与主机网络冲突。
• 负载均衡：Master节点前部署HAProxy或Nginx，实现API Server的高可用。
• 跨主机通信：使用Overlay网络（如VXLAN）或Underlay网络（如BGP），确保Pod间互通。

二、组件安装与配置

2.1 Docker与容器运行时安装

以Ubuntu为例，执行以下步骤安装Docker：

# 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
# 添加APT源
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
sudo apt-get update && sudo apt-get install -y docker-ce docker-ce-cli containerd.io
# 配置cgroup驱动（与k8s兼容）
sudo sed -i 's/^ExecStart=.*/ExecStart=\/usr\/bin\/dockerd -H fd:\/\/ --containerd=\/run\/containerd\/containerd.sock --exec-opt native.cgroupdriver=systemd/' /lib/systemd/system/docker.service
sudo systemctl daemon-reload && sudo systemctl restart docker

2.2 kubeadm初始化集群

2.2.1 Master节点初始化

# 关闭交换分区
sudo swapoff -a
# 配置内核参数
echo "net.bridge.bridge-nf-call-iptables=1" | sudo tee -a /etc/sysctl.conf
sudo sysctl -p
# 安装kubeadm、kubelet、kubectl
sudo apt-get update && sudo apt-get install -y apt-transport-https ca-certificates curl
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-get update && sudo apt-get install -y kubelet kubeadm kubectl
# 初始化集群（指定Pod网络CIDR）
sudo kubeadm init --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 --kubernetes-version=v1.26.0
# 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

2.2.2 Worker节点加入

在Master节点执行kubeadm token create --print-join-command获取加入命令，例如：

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

2.3 网络插件部署

以Calico为例，在Master节点执行：

kubectl create -f https://raw.githubusercontent.com/projectcalico/calico/v3.25.0/manifests/calico.yaml

验证网络状态：

kubectl get pods -n kube-system | grep calico

三、集群验证与基础操作

3.1 节点状态检查

kubectl get nodes
# 预期输出：
# NAME       STATUS   ROLES           AGE   VERSION
# master01   Ready    control-plane   10m   v1.26.0
# worker01   Ready    <none>          8m    v1.26.0

3.2 部署第一个Pod

创建nginx-pod.yaml：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx-pod
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:latest
    ports:
    - containerPort: 80

应用配置并验证：

kubectl apply -f nginx-pod.yaml
kubectl get pods
kubectl describe pod nginx-pod

四、高可用性与扩展配置

4.1 Master节点高可用

通过堆叠Etcd模式部署多Master：

# 在第二台Master执行（需预先安装kubeadm）
sudo kubeadm join 192.168.1.100:6443 --token abcdef.1234567890abcdef \
    --discovery-token-ca-cert-hash sha256:xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx \
    --control-plane --certificate-key xxxxxxxxxxxxxxxx

4.2 资源配额与限制

创建resource-quota.yaml限制命名空间资源：

apiVersion: v1
kind: ResourceQuota
metadata:
  name: compute-quota
spec:
  hard:
    requests.cpu: "1"
    requests.memory: 1Gi
    limits.cpu: "2"
    limits.memory: 2Gi

五、常见问题与解决方案

5.1 Pod卡在Pending状态

原因：资源不足、网络插件未就绪或调度失败。
排查步骤：

1. 执行kubectl describe pod <pod-name>查看事件。
2. 检查节点资源：kubectl top nodes。
3. 验证网络插件状态：kubectl get pods -n kube-system。

5.2 证书过期处理

证书默认有效期为1年，可通过以下命令续期：

# 在Master节点执行
sudo kubeadm certs renew all
# 重启kubelet
sudo systemctl restart kubelet

六、进阶部署实践

6.1 使用Helm管理应用

安装Helm并部署WordPress：

# 添加Bitnami仓库
helm repo add bitnami https://charts.bitnami.com/bitnami
# 部署WordPress
helm install my-wordpress bitnami/wordpress --set mariadb.auth.rootPassword=strongpassword

6.2 监控体系搭建

通过Prometheus Operator实现监控：

kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/prometheus-operator/prometheus-operator/master/bundle.yaml

七、总结与最佳实践

1. 版本兼容性：确保kubeadm、kubelet、kubectl版本一致。
2. 备份策略：定期备份Etcd数据（etcdctl snapshot save）。
3. 升级路径：遵循小版本迭代（如1.25→1.26），避免跨大版本升级。
4. 日志管理：集成EFK（Elasticsearch+Fluentd+Kibana）或Loki栈。

通过以上步骤，读者可完成从单机到高可用集群的完整部署，并掌握基础运维能力。实际生产环境中，还需结合CI/CD流水线、服务网格（Istio）等工具构建云原生生态。