Kubernetes 在线单节点部署

本章介绍如何使用 kubeadm 在线部署单节点 Kubernetes 1.30+ 集群，适合学习、开发和测试环境。

部署概述

单节点集群将 Master 和 Worker 角色部署在同一台服务器上，是最简单快速的部署方式。

架构图：

┌─────────────────────────────┐
│      Master + Worker        │
│  ┌─────────────────────┐    │
│  │  Control Plane      │    │
│  │  - API Server       │    │
│  │  - etcd             │    │
│  │  - Scheduler        │    │
│  │  - Controller Mgr   │    │
│  └─────────────────────┘    │
│  ┌─────────────────────┐    │
│  │  Worker Components  │    │
│  │  - kubelet          │    │
│  │  - Container Runtime│    │
│  │  - kube-proxy       │    │
│  └─────────────────────┘    │
└─────────────────────────────┘

特点：

• ✅ 部署简单快速（10-15 分钟）
• ✅ 资源占用少（最低 2 核 4GB）
• ✅ 适合学习和测试
• ❌ 无高可用保障
• ❌ 单点故障

适用场景：

• 🎓 个人学习 Kubernetes
• 💻 本地开发和调试
• 🧪 功能测试和验证
• 📚 培训和演示

一、环境要求

1.1 硬件要求

配置级别	CPU	内存	磁盘	适用场景
最低配置	2 核	4GB	20GB	学习
推荐配置	4 核	8GB	50GB	开发
高配	8 核	16GB	100GB SSD	测试

1.2 软件要求

• 操作系统：Ubuntu 22.04 / CentOS 8+ / RHEL 8+
• 内核版本：>= 4.19
• 容器运行时：containerd 1.7+ / CRI-O 1.30+

1.3 网络要求

• 禁用 swap
• 唯一的主机名和 MAC 地址
• 开放必要端口（6443、2379-2380、10250-10259）

二、系统准备

2.1 设置主机名

# 设置主机名
sudo hostnamectl set-hostname k8s-single

# 添加到 hosts
echo "127.0.0.1 k8s-single" | sudo tee -a /etc/hosts

2.2 禁用 swap

# 临时禁用
sudo swapoff -a

# 永久禁用
sudo sed -i '/ swap / s/^\(.*\)$/#\1/g' /etc/fstab

# 验证
free -h | grep -i swap

2.3 关闭防火墙

# Ubuntu/Debian
sudo ufw disable

# CentOS/RHEL
sudo systemctl stop firewalld
sudo systemctl disable firewalld

开发环境建议：关闭防火墙以简化配置。生产环境请配置允许规则。

2.4 禁用 SELinux（CentOS/RHEL）

sudo setenforce 0
sudo sed -i 's/^SELINUX=enforcing$/SELINUX=permissive/' /etc/selinux/config

2.5 加载内核模块

cat <<EOF | sudo tee /etc/modules-load.d/k8s.conf
overlay
br_netfilter
EOF

sudo modprobe overlay
sudo modprobe br_netfilter

# 验证
lsmod | grep br_netfilter
lsmod | grep overlay

2.6 配置内核参数

cat <<EOF | sudo tee /etc/sysctl.d/k8s.conf
net.bridge.bridge-nf-call-iptables  = 1
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.ipv4.ip_forward                 = 1
EOF

sudo sysctl --system

# 验证
sysctl net.bridge.bridge-nf-call-iptables \
       net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables \
       net.ipv4.ip_forward

三、安装容器运行时

3.1 安装 containerd（推荐）

Ubuntu/Debian：

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

# 2. 添加 Docker GPG 密钥
sudo mkdir -p /etc/apt/keyrings
curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | \
  sudo gpg --dearmor -o /etc/apt/keyrings/docker.gpg

# 3. 添加 Docker 仓库
echo \
  "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/etc/apt/keyrings/docker.gpg] \
  https://download.docker.com/linux/ubuntu \
  $(lsb_release -cs) stable" | \
  sudo tee /etc/apt/sources.list.d/docker.list > /dev/null

# 4. 安装 containerd
sudo apt-get update
sudo apt-get install -y containerd.io

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

# 6. 配置 systemd cgroup 驱动
sudo sed -i 's/SystemdCgroup = false/SystemdCgroup = true/' /etc/containerd/config.toml

# 7. 配置镜像加速（国内用户）
sudo mkdir -p /etc/containerd/certs.d/docker.io
cat <<EOF | sudo tee /etc/containerd/certs.d/docker.io/hosts.toml
server = "https://docker.io"

[host."https://registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com"]
  capabilities = ["pull", "resolve"]
EOF

# 8. 重启 containerd
sudo systemctl restart containerd
sudo systemctl enable containerd

# 9. 验证
sudo systemctl status containerd

CentOS/RHEL：

# 1. 配置 Docker 仓库
sudo yum install -y yum-utils
sudo yum-config-manager --add-repo https://download.docker.com/linux/centos/docker-ce.repo

# 2. 安装 containerd
sudo yum install -y containerd.io

# 3-8. 执行上述相同的配置步骤

四、安装 Kubernetes 组件

4.1 安装 kubeadm、kubelet、kubectl

Ubuntu/Debian（官方源）：

# 1. 添加 Kubernetes apt 仓库
sudo mkdir -p /etc/apt/keyrings
curl -fsSL https://pkgs.k8s.io/core:/stable:/v1.30/deb/Release.key | \
  sudo 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:/v1.30/deb/ /' | \
  sudo tee /etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list

# 2. 安装
sudo apt-get update
sudo apt-get install -y kubelet kubeadm kubectl

# 3. 锁定版本
sudo apt-mark hold kubelet kubeadm kubectl

# 4. 验证
kubeadm version
kubelet --version
kubectl version --client

国内镜像源（阿里云）：

# 添加阿里云镜像源
curl -s https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/apt/doc/apt-key.gpg | \
  sudo apt-key add -

cat <<EOF | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list
deb https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/apt/ kubernetes-xenial main
EOF

sudo apt-get update
sudo apt-get install -y kubelet kubeadm kubectl
sudo apt-mark hold kubelet kubeadm kubectl

CentOS/RHEL：

# 添加 Kubernetes yum 仓库
cat <<EOF | sudo tee /etc/yum.repos.d/kubernetes.repo
[kubernetes]
name=Kubernetes
baseurl=https://pkgs.k8s.io/core:/stable:/v1.30/rpm/
enabled=1
gpgcheck=1
gpgkey=https://pkgs.k8s.io/core:/stable:/v1.30/rpm/repodata/repomd.xml.key
exclude=kubelet kubeadm kubectl cri-tools kubernetes-cni
EOF

# 安装
sudo yum install -y kubelet kubeadm kubectl --disableexcludes=kubernetes

# 启动
sudo systemctl enable --now kubelet

五、初始化单节点集群

5.1 基础初始化

# 初始化集群
sudo kubeadm init \
  --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 \
  --kubernetes-version=v1.30.0

# 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

# ⚠️ 重要：移除 Master 节点污点，允许调度 Pod
kubectl taint nodes --all node-role.kubernetes.io/control-plane-

解释：

• 默认情况下，Master 节点有污点（taint），不允许调度普通 Pod
• 单节点集群需要移除污点，才能在 Master 上运行应用

5.2 使用国内镜像源

sudo kubeadm init \
  --image-repository registry.aliyuncs.com/google_containers \
  --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 \
  --kubernetes-version=v1.30.0

# 后续步骤同上
mkdir -p $HOME/.kube
sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config

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

5.3 自定义配置初始化

# 创建配置文件
cat <<EOF > kubeadm-config.yaml
apiVersion: kubeadm.k8s.io/v1beta3
kind: InitConfiguration
localAPIEndpoint:
  advertiseAddress: 192.168.1.10
  bindPort: 6443
nodeRegistration:
  criSocket: unix:///var/run/containerd/containerd.sock
---
apiVersion: kubeadm.k8s.io/v1beta3
kind: ClusterConfiguration
kubernetesVersion: v1.30.0
networking:
  serviceSubnet: "10.96.0.0/12"
  podSubnet: "10.244.0.0/16"
  dnsDomain: "cluster.local"
imageRepository: "registry.aliyuncs.com/google_containers"
---
apiVersion: kubelet.config.k8s.io/v1beta1
kind: KubeletConfiguration
cgroupDriver: systemd
EOF

# 使用配置文件初始化
sudo kubeadm init --config=kubeadm-config.yaml

# 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

# 移除污点
kubectl taint nodes --all node-role.kubernetes.io/control-plane-

六、安装网络插件

6.1 Calico（推荐）

# 安装 Calico
kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/projectcalico/calico/v3.27.0/manifests/calico.yaml

# 等待 Pod 启动
kubectl wait --for=condition=Ready pods --all -n kube-system --timeout=300s

# 查看状态
kubectl get pods -n kube-system | grep calico

6.2 Flannel（轻量级）

kubectl apply -f https://github.com/flannel-io/flannel/releases/latest/download/kube-flannel.yml

# 验证
kubectl get pods -n kube-flannel

6.3 Cilium（高性能）

# 安装 Cilium CLI
CILIUM_CLI_VERSION=$(curl -s https://raw.githubusercontent.com/cilium/cilium-cli/main/stable.txt)
CLI_ARCH=amd64
curl -L --fail --remote-name-all \
  https://github.com/cilium/cilium-cli/releases/download/${CILIUM_CLI_VERSION}/cilium-linux-${CLI_ARCH}.tar.gz{,.sha256sum}

sha256sum --check cilium-linux-${CLI_ARCH}.tar.gz.sha256sum
sudo tar xzvfC cilium-linux-${CLI_ARCH}.tar.gz /usr/local/bin
rm cilium-linux-${CLI_ARCH}.tar.gz{,.sha256sum}

# 安装 Cilium
cilium install --version 1.15.0

# 验证
cilium status --wait

七、验证集群

7.1 检查节点状态

# 查看节点
kubectl get nodes

# 输出示例
NAME         STATUS   ROLES           AGE   VERSION
k8s-single   Ready    control-plane   5m    v1.30.0

# 查看详细信息
kubectl get nodes -o wide

7.2 检查系统 Pod

# 查看所有系统 Pod
kubectl get pods --all-namespaces

# 输出示例（所有 Pod 应该是 Running 状态）
NAMESPACE     NAME                                 READY   STATUS    RESTARTS
kube-system   calico-node-xxxxx                    1/1     Running   0
kube-system   coredns-xxxxx                        1/1     Running   0
kube-system   coredns-xxxxx                        1/1     Running   0
kube-system   etcd-k8s-single                      1/1     Running   0
kube-system   kube-apiserver-k8s-single            1/1     Running   0
kube-system   kube-controller-manager-k8s-single   1/1     Running   0
kube-system   kube-proxy-xxxxx                     1/1     Running   0
kube-system   kube-scheduler-k8s-single            1/1     Running   0

7.3 部署测试应用

# 创建 Deployment
kubectl create deployment nginx --image=nginx:1.25 --replicas=2

# 查看 Pod
kubectl get pods -o wide

# 暴露服务
kubectl expose deployment nginx --port=80 --type=NodePort

# 查看服务
kubectl get svc nginx

# 输出示例
NAME    TYPE       CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
nginx   NodePort   10.96.123.45    <none>        80:31234/TCP   10s

# 访问测试（使用节点 IP + NodePort）
curl http://192.168.1.10:31234

# 清理
kubectl delete deployment nginx
kubectl delete service nginx

7.4 测试 DNS 解析

# 创建测试 Pod
kubectl run test-dns --image=busybox:1.28 --rm -it --restart=Never -- nslookup kubernetes.default

# 输出示例
Server:    10.96.0.10
Address 1: 10.96.0.10 kube-dns.kube-system.svc.cluster.local

Name:      kubernetes.default
Address 1: 10.96.0.1 kubernetes.default.svc.cluster.local

八、安装常用组件

8.1 Metrics Server（资源监控）

# 安装 Metrics Server
kubectl apply -f https://github.com/kubernetes-sigs/metrics-server/releases/latest/download/components.yaml

# 修复证书问题（开发环境）
kubectl patch deployment metrics-server -n kube-system --type='json' \
  -p='[{"op": "add", "path": "/spec/template/spec/containers/0/args/-", "value": "--kubelet-insecure-tls"}]'

# 等待启动
kubectl wait --for=condition=Ready pod -l k8s-app=metrics-server -n kube-system --timeout=300s

# 测试
kubectl top nodes
kubectl top pods -A

8.2 Kubernetes Dashboard

# 安装 Dashboard
kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/dashboard/v2.7.0/aio/deploy/recommended.yaml

# 创建管理员用户
cat <<EOF | kubectl apply -f -
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  name: admin-user
  namespace: kubernetes-dashboard
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:
  name: admin-user
roleRef:
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  kind: ClusterRole
  name: cluster-admin
subjects:
- kind: ServiceAccount
  name: admin-user
  namespace: kubernetes-dashboard
EOF

# 获取访问 Token
kubectl -n kubernetes-dashboard create token admin-user

# 启动代理
kubectl proxy

# 访问地址（在浏览器中打开）
# http://localhost:8001/api/v1/namespaces/kubernetes-dashboard/services/https:kubernetes-dashboard:/proxy/

8.3 Ingress Nginx（可选）

# 安装 Ingress Nginx Controller
kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/ingress-nginx/main/deploy/static/provider/baremetal/deploy.yaml

# 验证
kubectl get pods -n ingress-nginx
kubectl get svc -n ingress-nginx

九、常见问题排查

9.1 节点 NotReady

# 检查 kubelet 日志
journalctl -u kubelet -f

# 常见原因：
# 1. 网络插件未安装
kubectl get pods -n kube-system | grep -E "calico|flannel"

# 2. 容器运行时异常
sudo systemctl status containerd

# 3. 污点未移除
kubectl describe node | grep Taints

9.2 Pod 无法启动

# 查看 Pod 详细信息
kubectl describe pod <pod-name>

# 查看 Pod 日志
kubectl logs <pod-name>

# 常见原因：
# 1. 镜像拉取失败
kubectl get events --field-selector type=Warning

# 2. 资源不足
kubectl top nodes
kubectl top pods -A

9.3 无法访问服务

# 检查 Service
kubectl get svc
kubectl describe svc <service-name>

# 检查 Endpoints
kubectl get endpoints <service-name>

# 测试 Pod 间网络
kubectl run test-1 --image=busybox --rm -it -- ping <pod-ip>

十、集群管理

10.1 查看日志

# kubelet 日志
journalctl -u kubelet -f

# Pod 日志
kubectl logs -f <pod-name>

# 查看事件
kubectl get events --all-namespaces --sort-by='.lastTimestamp'

10.2 备份配置

# 备份管理员配置
cp ~/.kube/config ~/.kube/config.backup

# 备份 etcd（重要）
kubectl get all --all-namespaces -o yaml > cluster-backup.yaml

10.3 重置集群

# 重置 kubeadm
sudo kubeadm reset

# 清理网络配置
sudo rm -rf /etc/cni/net.d
sudo rm -rf ~/.kube/config

# 清理 iptables
sudo iptables -F && sudo iptables -t nat -F && sudo iptables -t mangle -F && sudo iptables -X

十一、性能优化

11.1 资源限制

# 为系统组件设置资源限制
kubectl edit deployment coredns -n kube-system

# 添加资源限制
resources:
  limits:
    cpu: 200m
    memory: 256Mi
  requests:
    cpu: 100m
    memory: 128Mi

11.2 调整 Pod 数量

# CoreDNS 副本数（单节点建议 1-2）
kubectl scale deployment coredns -n kube-system --replicas=1

小结

本章介绍了在线单节点部署：

✅ 快速部署：10-15 分钟完成
✅ 资源要求低：最低 2 核 4GB
✅ 适合学习开发：功能完整，便于实验
✅ 网络插件：Calico/Flannel/Cilium
✅ 常用组件：Metrics Server、Dashboard、Ingress
✅ 故障排查：详细的问题诊断方法

注意事项：

• ⚠️ 单节点没有高可用保障
• ⚠️ 不适合生产环境
• ⚠️ 记得移除 Master 污点

下一步：

• 学习在线高可用部署
• 了解离线部署方案
• 开始Kubernetes 基础教程