k8s基础与安装部署

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文章目录

• 前言
• • 一、云原生与K8S基础认知
• 二、Kubernetes 1.20 集群部署全攻略（含Docker、Flannel、Dashboard、Harbor）
• • 1、集群环境规划
  • • 1.1 服务器配置
    • 1.2 部署流程概览
  • 2、环境准备（所有节点执行）
  • • 2.1 关闭防火墙与SELinux
    • 2.2 关闭Swap交换分区
    • 2.3 加载ip_vs模块
    • 2.4 修改主机名与hosts映射
    • • 2.4.1 修改主机名
      • 2.4.2 配置hosts文件
    • 2.5 调整内核参数
  • 3、所有节点安装Docker
  • • 3.1 安装Docker依赖
    • 3.2 配置Docker镜像源（阿里云/华为云）
    • 3.3 安装Docker并配置
    • 3.4 启动Docker并设置开机自启
  • 4、所有节点安装kubeadm、kubelet、kubectl
  • • 4.1 配置K8s镜像源（阿里云）
    • 4.2 安装指定版本（1.20.11）
    • 4.3 设置kubelet开机自启
  • 5、部署Kubernetes Master节点（仅Master执行）
  • • 5.1 准备K8s镜像
    • • 方式1：本地加载镜像（推荐，避免网络问题）
      • 方式2：在线拉取镜像
    • 5.2 初始化Master节点（两种方式任选）
    • • 方式1：通过配置文件初始化（推荐，便于维护）
      • 方式2：通过命令行参数初始化
    • 5.3 配置kubectl命令行工具
    • 5.4 修复集群健康状态（可选）
  • 6、部署Flannel网络插件（所有节点执行）
  • • 6.1 安装Flannel（两种方式任选）
    • • 方式1：本地加载镜像（推荐）
      • 方式2：在线部署
    • 6.2 验证Flannel部署
  • 7、Node节点加入集群（仅Node执行）
  • • 验证节点加入状态（Master执行）
  • 8、部署Dashboard可视化界面（Master执行）
  • • 8.1 部署Dashboard
    • 8.2 创建管理员账号并授权
    • 8.3 访问Dashboard
  • 9、部署Harbor私有仓库（Harbor节点执行）
  • • 9.1 安装Docker和docker-compose
    • 9.2 配置Docker支持私有仓库
    • 9.3 安装Harbor
    • 9.4 生成HTTPS证书
    • 9.5 启动Harbor
    • 9.6 验证Harbor部署
    • 9.7 上传镜像至Harbor并在K8s中使用
    • • 9.7.1 上传镜像（Node节点执行）
      • 9.7.2 K8s使用Harbor镜像（Master执行）
      • 9.7.3 访问测试
  • 10、集群功能测试
  • • 10.1 验证Pod创建与调度
    • 10.2 验证服务暴露
    • 10.3 验证副本扩展
  • 十一、常见问题排查
  • 总结

前言

在云原生技术飞速发展的今天，Kubernetes（简称K8S）已成为容器编排的事实标准，更是企业实现应用弹性伸缩、高可用部署的核心支撑。本文将从云原生基础概念出发，带你全面理解K8S的核心架构、关键特性，并详细拆解K8S 1.28版本的部署流程与实操技巧，助力你快速上手云原生应用管理。

一、云原生与K8S基础认知

1. 云原生是什么？

云原生技术旨在帮助企业在公有云、私有云或混合云等动态环境中，构建和运行可弹性扩展的应用。其核心技术栈涵盖容器化（Docker/containerd）、微服务架构、服务网格（Istio）、DevOps、无服务（Serverless）等，核心特征包括：

• 遵循12因素应用原则（如无状态进程、环境一致性、配置与代码分离等）

• 基于微服务架构，实现服务独立部署与扩展

• 自服务敏捷架构，降低开发对运维的依赖

• 具备抗脆弱性，系统可自愈、自适应不稳定环境

简单来说，云原生 = 容器化（Docker+K8S）+ 微服务 + DevOps + 服务网格 + 云基础设施，其核心目标是让应用部署更高效、扩展更灵活、运维更自动化。

K8S源于Google的Borg系统，2014年开源后迅速成为容器编排领域的行业标准。它主要解决了传统部署方式的三大痛点：

• 运维自动化：一条命令即可完成应用部署、更新、扩容、缩容等操作，无需人工干预

• 高可用与容灾：节点或容器故障时，自动重建或迁移Pod，保障应用持续运行

• 资源高效利用：支持基于CPU、内存等指标的弹性伸缩，按需分配资源，避免浪费

此外，K8S还提供服务发现、负载均衡、滚动更新、密钥管理、存储编排等核心能力，完美适配微服务架构的部署与管理需求。

3. K8S核心架构与组件

K8S采用"控制平面+工作节点"的主从架构，各组件分工明确：

（1）控制平面（Master）组件 （2）工作节点（Node）组件 注意：K8S 1.24版本后已移除对Docker的内建支持，需使用符合CRI（容器运行时接口）的runtime（如containerd、CRI-O），本文部署将采用containerd。

4. K8S核心概念速览

• Pod：最小可调度单位，包含一个或多个共享网络/存储的容器

• Deployment：管理无状态应用，支持滚动更新、扩缩容

• Service：为Pod提供稳定访问入口，实现负载均衡

• Namespace：逻辑隔离集群资源，实现多环境隔离（如开发、测试、生产）

• ConfigMap/Secret：集中管理配置信息与敏感数据（如密码、密钥）

二、Kubernetes 1.20 集群部署全攻略（含Docker、Flannel、Dashboard、Harbor）

1、集群环境规划

1.1 服务器配置

本次部署采用1主2从的架构，同时单独部署Harbor私有仓库节点，具体配置如下：

1.2 部署流程概览

2、环境准备（所有节点执行）

2.1 关闭防火墙与SELinux

K8s集群内部组件需要通过特定端口通信，需关闭防火墙和SELinux避免拦截：

# 关闭防火墙并设置开机不自启
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld

# 临时关闭SELinux（立即生效）
setenforce 0
# 永久关闭SELinux（重启生效）
sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config

# 清空iptables规则
iptables -F && iptables -t nat -F && iptables -t mangle -F && iptables -X

2.2 关闭Swap交换分区

Swap分区会影响K8s的性能和稳定性，必须禁用：

# 临时关闭Swap
swapoff -a
# 永久关闭Swap（注释/etc/fstab中的Swap配置）
sed -ri 's/.*swap.*/#&/' /etc/fstab

2.3 加载ip_vs模块

K8s的kube-proxy支持iptables和ip_vs两种模式，ip_vs性能更优，提前加载相关模块：

for i in $(ls /usr/lib/modules/$(uname -r)/kernel/net/netfilter/ipvs|grep -o "^[^.]*");do
echo $i;
/sbin/modinfo -F filename $i >/dev/null 2>&1 && /sbin/modprobe $i;
done

2.4 修改主机名与hosts映射

2.4.1 修改主机名

# Master节点
hostnamectl set-hostname master01
# Node01节点
hostnamectl set-hostname node01
# Node02节点
hostnamectl set-hostname node02
# Harbor节点
hostnamectl set-hostname hub.benet.com

2.4.2 配置hosts文件

所有节点都需添加主机名与IP的映射关系：

vim /etc/hosts
# 添加以下内容
192.168.10.19 master01
192.168.10.20 node01
192.168.10.21 node02
192.168.10.13 hub.benet.com

2.5 调整内核参数

配置K8s所需的内核参数，开启网桥模式、IP转发等功能：

# 创建内核参数配置文件
cat > /etc/sysctl.d/kubernetes.conf << EOF
# 开启网桥模式，将网桥流量传递给iptables链
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables=1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables=1
# 关闭IPv6协议
net.ipv6.conf.all.disable_ipv6=1
# 开启IP转发
net.ipv4.ip_forward=1
# 禁止使用Swap空间，仅OOM时允许
vm.swappiness=0
# 不检查物理内存是否够用
vm.overcommit_memory=1
# 开启OOM
vm.panic_on_oom=0
# 调整文件句柄数限制
fs.inotify.max_user_instances=8192
fs.inotify.max_user_watches=1048576
fs.file-max=52706963
fs.nr_open=52706963
# 调整连接跟踪数
net.netfilter.nf_conntrack_max=2310720
EOF

# 生效内核参数
sysctl –system

3、所有节点安装Docker

K8s默认使用Docker作为容器运行时，需统一安装并配置Docker环境。

3.1 安装Docker依赖

yum install -y yum-utils device-mapper-persistent-data lvm2

3.2 配置Docker镜像源（阿里云/华为云）

使用国内镜像源加速Docker镜像拉取：

# 配置阿里云Docker源
yum-config-manager –add-repo https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo

若阿里云镜像源访问不畅，可切换为华为云：

yum-config-manager –add-repo https://repo.huaweicloud.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo

3.3 安装Docker并配置

# 安装Docker（默认安装最新稳定版）
yum install -y docker-ce docker-ce-cli containerd.io

# 创建Docker配置目录
mkdir /etc/docker

# 配置Docker daemon.json（含镜像加速、Cgroup驱动、日志配置）
cat > /etc/docker/daemon.json <<EOF
{
"registry-mirrors": ["https://6ijb8ubo.mirror.aliyuncs.com"],
"exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"],
"log-driver": "json-file",
"log-opts": {
"max-size": "100m"
}
}
EOF

说明：

• native.cgroupdriver=systemd：K8s推荐使用systemd作为Cgroup驱动，稳定性更强
• log-driver：日志存储格式为json-file，单日志文件最大100M，便于日志收集
• 若阿里云镜像加速不可用，可替换为华为云地址：https://0a40cefd360026b40f39c00627fa6f20.mirror.swr.myhuaweicloud.com

3.4 启动Docker并设置开机自启

# 重新加载系统配置
systemctl daemon-reload
# 启动Docker
systemctl restart docker.service
# 设置开机自启
systemctl enable docker.service

# 验证Docker安装成功（查看Cgroup Driver）
docker info | grep "Cgroup Driver"
# 预期输出：Cgroup Driver: systemd

4、所有节点安装kubeadm、kubelet、kubectl

4.1 配置K8s镜像源（阿里云）

K8s默认镜像源在国外，需配置国内阿里云镜像源：

cat > /etc/yum.repos.d/kubernetes.repo << EOF
[kubernetes]
name=Kubernetes
baseurl=https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/repos/kubernetes-el7-x86_64
enabled=1
gpgcheck=0
repo_gpgcheck=0
gpgkey=https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/yum-key.gpg https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/rpm-package-key.gpg
EOF

4.2 安装指定版本（1.20.11）

yum install -y kubelet-1.20.11 kubeadm-1.20.11 kubectl-1.20.11

4.3 设置kubelet开机自启

systemctl enable kubelet.service

说明：K8s通过kubeadm安装后，所有组件均以Pod形式运行（底层为容器），因此kubelet必须设置开机自启，确保集群组件正常启动。

5、部署Kubernetes Master节点（仅Master执行）

5.1 准备K8s镜像

K8s初始化需要拉取多个核心镜像，可提前加载本地镜像（推荐）或通过镜像源拉取：

方式1：本地加载镜像（推荐，避免网络问题）

unzip v1.20.11.zip -d /opt/k8s
cd /opt/k8s/v1.20.11
for i in $(ls *.tar); do docker load -i $i; done

scp -r /opt/k8s root@node01:/opt
scp -r /opt/k8s root@node02:/opt

在Node节点执行加载命令：

cd /opt/k8s/v1.20.11
for i in $(ls *.tar); do docker load -i $i; done

方式2：在线拉取镜像

若网络条件良好，可通过以下命令查看所需镜像并拉取：

# 查看初始化所需镜像
kubeadm config images list
# 拉取镜像（使用阿里云镜像源）
kubeadm config images pull –image-repository registry.aliyuncs.com/google_containers –kubernetes-version v1.20.11

5.2 初始化Master节点（两种方式任选）

方式1：通过配置文件初始化（推荐，便于维护）

kubeadm config print init-defaults > /opt/kubeadm-config.yaml

vim /opt/kubeadm-config.yaml

关键配置修改如下：

11 localAPIEndpoint:
12 advertiseAddress: 192.168.10.19 # Master节点IP
13 bindPort: 6443
…
34 kubernetesVersion: v1.20.11 # K8s版本
35 networking:
36 dnsDomain: cluster.local
37 podSubnet: "10.244.0.0/16" # Pod网段（需与Flannel默认网段一致）
38 serviceSubnet: 10.96.0.0/16 # Service网段
39 scheduler: {}
# 末尾添加kube-proxy配置，启用ipvs模式
—
apiVersion: kubeproxy.config.k8s.io/v1alpha1
kind: KubeProxyConfiguration
mode: ipvs

kubeadm init –config=kubeadm-config.yaml –upload-certs | tee kubeadm-init.log

• –upload-certs：自动分发证书文件（K8s 1.16+版本支持）
• tee kubeadm-init.log：保存初始化日志，便于后续查看

方式2：通过命令行参数初始化

kubeadm init \\
–apiserver-advertise-address=192.168.10.19 \\
–image-repository registry.aliyuncs.com/google_containers \\
–kubernetes-version=v1.20.11 \\
–service-cidr=10.96.0.0/16 \\
–pod-network-cidr=10.244.0.0/16 \\
–token-ttl=0

• –token-ttl=0：Token永久有效（默认24小时过期）

初始化成功后，会输出Node节点加入集群的命令，需保存备用！

5.3 配置kubectl命令行工具

kubectl需要通过配置文件连接API Server，执行以下命令配置：

# 创建.kube目录
mkdir -p $HOME/.kube
# 复制管理员配置文件
cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
# 授权（非root用户需执行）
chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config

# 若为root用户，可直接设置环境变量
export KUBECONFIG=/etc/kubernetes/admin.conf

5.4 修复集群健康状态（可选）

若执行kubectl get cs发现集群不健康，需修改以下两个文件：

# 编辑kube-scheduler配置
vim /etc/kubernetes/manifests/kube-scheduler.yaml
# 编辑kube-controller-manager配置
vim /etc/kubernetes/manifests/kube-controller-manager.yaml

修改内容：

重启kubelet生效：

systemctl restart kubelet

6、部署Flannel网络插件（所有节点执行）

K8s集群必须部署网络插件才能实现Pod之间的通信，本文选择Flannel（轻量、易用）。

6.1 安装Flannel（两种方式任选）

方式1：本地加载镜像（推荐）

cd /opt
docker load < flannel.tar

kubectl apply -f kube-flannel.yml

方式2：在线部署

# 方式2.1：通过coreos官方源
kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml
# 方式2.2：通过flannel-io官方源（推荐）
kubectl apply -f https://github.com/flannel-io/flannel/releases/latest/download/kube-flannel.yml

6.2 验证Flannel部署

# 查看kube-system命名空间下的Pod
kubectl get pods -n kube-system

若所有kube-flannel-ds-xxx开头的Pod状态为Running，则Flannel部署成功。

7、Node节点加入集群（仅Node执行）

在每个Node节点执行Master初始化成功后输出的kubeadm join命令（示例，需替换为实际日志中的命令）：

kubeadm join 192.168.10.19:6443 –token rc0kfs.a1sfe3gl4dvopck5 \\
–discovery-token-ca-cert-hash sha256:864fe553c812df2af262b406b707db68b0fd450dc08b34efb73dd5a4771d37a2

验证节点加入状态（Master执行）

# 查看节点状态
kubectl get nodes

若所有节点状态为Ready，则集群部署成功！

8、部署Dashboard可视化界面（Master执行）

Dashboard是K8s的Web可视化管理工具，可方便地查看集群资源、部署应用等。

8.1 部署Dashboard

vim /opt/k8s/recommended.yaml

找到Service配置部分，修改如下：

kind: Service
apiVersion: v1
metadata:
labels:
k8s-app: kubernetes–dashboard
name: kubernetes–dashboard
namespace: kubernetes–dashboard
spec:
ports:
– port: 443
targetPort: 8443
nodePort: 30001 # 添加NodePort端口
type: NodePort # 改为NodePort类型
selector:
k8s-app: kubernetes–dashboard

kubectl apply -f recommended.yaml

8.2 创建管理员账号并授权

# 创建serviceaccount
kubectl create serviceaccount dashboard-admin -n kube-system
# 绑定cluster-admin管理员角色
kubectl create clusterrolebinding dashboard-admin –clusterrole=cluster-admin –serviceaccount=kube-system:dashboard-admin
# 获取登录Token
kubectl describe secrets -n kube-system $(kubectl -n kube-system get secret | awk '/dashboard-admin/{print $1}')

8.3 访问Dashboard

9、部署Harbor私有仓库（Harbor节点执行）

Harbor是企业级Docker私有仓库，用于存储集群所需的镜像资源。

9.1 安装Docker和docker-compose

Harbor依赖Docker和docker-compose，已安装Docker的节点直接安装docker-compose：

# 上传docker-compose文件至/opt目录
cd /opt
cp docker-compose /usr/local/bin/
chmod +x /usr/local/bin/docker-compose

9.2 配置Docker支持私有仓库

所有节点（Master、Node、Harbor）都需配置Docker信任私有仓库：

vim /etc/docker/daemon.json

添加insecure-registries字段：

{
"registry-mirrors": ["https://6ijb8ubo.mirror.aliyuncs.com"],
"exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"],
"log-driver": "json-file",
"log-opts": {
"max-size": "100m"
},
"insecure-registries": ["https://hub.benet.com"]
}

重启Docker生效：

systemctl daemon-reload
systemctl restart docker

9.3 安装Harbor

cd /opt
tar zxvf harbor-offline-installer-v1.2.2.tgz
cd harbor/
vim harbor.cfg

关键配置修改：

5 hostname = hub.benet.com # Harbor节点主机名
9 ui_url_protocol = https # 启用HTTPS
24 ssl_cert = /data/cert/server.crt # 证书路径
25 ssl_cert_key = /data/cert/server.key # 私钥路径
59 harbor_admin_password = Harbor12345 # 管理员密码

9.4 生成HTTPS证书

# 创建证书目录
mkdir -p /data/cert
cd /data/cert

# 生成私钥（输入密码123456）
openssl genrsa -des3 -out server.key 2048

# 生成证书签名请求（CSR）
openssl req -new -key server.key -out server.csr
# 输入以下信息（按提示填写）
# 私钥密码：123456
# 国家：CN
# 省：BJ
# 市：BJ
# 组织：BENET
# 机构：BENET
# 域名：hub.benet.com
# 邮箱：admin@benet.com
# 其余默认回车

# 备份私钥
cp server.key server.key.org
# 清除私钥密码（避免启动Harbor时输入密码）
openssl rsa -in server.key.org -out server.key
# 输入私钥密码：123456

# 生成自签名证书（有效期1000天）
openssl x509 -req -days 1000 -in server.csr -signkey server.key -out server.crt

# 授权证书文件
chmod +x /data/cert/*

9.5 启动Harbor

cd /opt/harbor/
./install.sh

9.6 验证Harbor部署

9.7 上传镜像至Harbor并在K8s中使用

9.7.1 上传镜像（Node节点执行）

# 登录Harbor
docker login -u admin -p Harbor12345 https://hub.benet.com

# 给本地镜像打标签
docker tag nginx:latest hub.benet.com/library/nginx:v1

# 上传镜像
docker push hub.benet.com/library/nginx:v1

9.7.2 K8s使用Harbor镜像（Master执行）

# 删除之前的nginx部署（若存在）
kubectl delete deployment nginx

# 使用Harbor镜像创建部署（3个副本）
kubectl create deployment nginx-deployment –image=hub.benet.com/library/nginx:v1 –port=80 –replicas=3

# 暴露服务（NodePort类型）
kubectl expose deployment nginx-deployment –port=30000 –target-port=80 –type=NodePort

# 查看服务和Pod状态
kubectl get svc,pods

9.7.3 访问测试

浏览器访问：http://NodeIP:32340（32340为实际NodePort端口，通过kubectl get svc查看），可看到Nginx默认页面。

10、集群功能测试

10.1 验证Pod创建与调度

# 创建Nginx Deployment
kubectl create deployment nginx –image=nginx
# 查看Pod状态
kubectl get pods -o wide
# 预期输出：Pod运行在Node01或Node02节点

10.2 验证服务暴露

# 暴露NodePort服务
kubectl expose deployment nginx –port=80 –type=NodePort
# 查看服务
kubectl get svc
# 访问服务
curl http://node01:32404（32404为实际NodePort端口）

10.3 验证副本扩展

# 扩展为3个副本
kubectl scale deployment nginx –replicas=3
# 查看Pod状态
kubectl get pods -o wide
# 预期输出：3个Pod分布在不同Node节点

十一、常见问题排查

总结

本文详细讲解了Kubernetes 1.20集群的完整部署流程，包括环境准备、Docker安装、K8s组件部署、网络配置、可视化管理和私有仓库搭建。通过本文的步骤，可快速搭建一个稳定、可用的K8s集群，满足开发和生产环境的需求。后续可根据实际需求，扩展集群节点、配置高可用、部署监控系统（如Prometheus+Grafana）等。