Debian與Kubernetes集成開發實踐

Debian與Kubernetes集成開發實踐指南

一、前置準備

在開始集成前，需完成以下基礎配置，確保環境符合Kubernetes運行要求：

• 系統要求：選擇Debian 10及以上穩定版本，每個節點（主/工作節點）需滿足2核CPU、2GB RAM、20GB磁盤空間，且具備穩定互聯網連接。
• 系統更新：運行sudo apt update && sudo apt upgrade -y更新系統軟件包，修復潛在漏洞。
• 關閉Swap分區：Kubernetes要求禁用Swap以確保內存管理的穩定性。執行sudo swapoff -a臨時關閉，編輯/etc/fstab文件注釋掉Swap相關行（如sudo sed -i '/ swap / s/^\(.*\)$/#\1/g' /etc/fstab）實現永久禁用。
• 配置主機名與Hosts文件：在每個節點上設置唯一主機名（如k8s-master、k8s-node1），并通過sudo hostnamectl set-hostname <hostname>生效；編輯/etc/hosts文件，添加節點IP與主機名的映射（如192.168.1.1 k8s-master、192.168.1.2 k8s-node1），確保節點間可通過主機名通信。
• 同步系統時間：安裝NTP服務（如sudo apt install -y ntp）并啟動，避免因時間不同步導致集群認證失敗。

二、安裝Docker容器運行時

Kubernetes依賴容器運行時管理容器，推薦使用Docker（社區主流選擇）：

• 添加Docker官方GPG密鑰與源：運行curl -fsSL https://download.docker.com/linux/debian/gpg | sudo apt-key add -導入密鑰；執行echo "deb [arch=amd64] https://download.docker.com/linux/debian $(lsb_release -cs) stable" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/docker.list添加Docker軟件源。
• 安裝Docker引擎：運行sudo apt update更新源，再執行sudo apt install -y docker-ce docker-ce-cli containerd.io安裝Docker。
• 啟動Docker服務：執行sudo systemctl enable --now docker設置Docker開機自啟，并通過sudo systemctl status docker驗證服務狀態（顯示“active (running)”即為成功）。

三、安裝Kubernetes核心組件

Kubernetes的核心組件（kubelet、kubeadm、kubectl）需通過官方源安裝：

• 添加Kubernetes官方源：運行curl -s https://packages.cloud.google.com/apt/doc/apt-key.gpg | sudo apt-key add -導入密鑰；執行echo "deb https://apt.kubernetes.io/ kubernetes-xenial main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list添加Kubernetes軟件源。
• 安裝核心組件：運行sudo apt update更新源，再執行sudo apt install -y kubelet kubeadm kubectl安裝組件；為避免組件自動升級導致集群不穩定，執行sudo apt-mark hold kubelet kubeadm kubectl鎖定版本。

四、初始化Kubernetes主節點

主節點負責集群管理（如調度、API服務），需通過kubeadm完成初始化：

• 初始化集群：在主節點上執行sudo kubeadm init --pod-network-cidr=10.244.0.0/16（--pod-network-cidr指定Pod網絡CIDR，需與后續網絡插件兼容，如Flannel默認使用10.244.0.0/16）。
• 配置kubectl：初始化完成后，會輸出加入工作節點的命令（需保存）；運行mkdir -p $HOME/.kube創建kubeconfig目錄，再執行sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config復制配置文件，最后通過sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config設置正確權限，確保當前用戶可使用kubectl管理集群。
• 驗證主節點狀態：運行kubectl get nodes，主節點應顯示“NotReady”（需安裝網絡插件后變為“Ready”）。

五、安裝網絡插件

Kubernetes需要網絡插件實現Pod間通信，常用插件包括Flannel（輕量級）、Calico（高性能）：

• 安裝Flannel插件：運行kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml，等待插件Pod全部啟動（通過kubectl get pods -n kube-system驗證，狀態應為“Running”）。
• 安裝Calico插件：運行kubectl apply -f https://docs.projectcalico.org/manifests/calico.yaml，同樣需驗證Pod狀態。

六、加入工作節點

工作節點負責運行應用容器，需通過主節點初始化時生成的命令加入：

• 獲取加入命令：主節點初始化完成后，終端會輸出類似kubeadm join <master-ip>:6443 --token <token> --discovery-token-ca-cert-hash sha256:<hash>的命令（需保存）。
• 在工作節點執行命令：將上述命令復制到每個工作節點的終端，運行后即可將節點加入集群?？赏ㄟ^主節點的kubectl get nodes驗證工作節點狀態（變為“Ready”即為成功）。

七、部署測試應用

通過部署一個簡單的Nginx應用，驗證集群功能：

• 創建Deployment：編寫nginx-deployment.yaml文件，內容如下：

  apiVersion: apps/v1
  kind: Deployment
  metadata:
    name: nginx-deployment
  spec:
    replicas: 3
    selector:
      matchLabels:
        app: nginx
    template:
      metadata:
        labels:
          app: nginx
      spec:
        containers:
        - name: nginx
          image: nginx:latest
          ports:
          - containerPort: 80
  

  運行kubectl apply -f nginx-deployment.yaml創建Deployment。
• 暴露Service：編寫nginx-service.yaml文件，內容如下：

  apiVersion: v1
  kind: Service
  metadata:
    name: nginx-service
  spec:
    type: NodePort
    selector:
      app: nginx
    ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 80
  

  運行kubectl apply -f nginx-service.yaml暴露Service，通過kubectl get svc nginx-service獲取NodePort（如30080），然后在瀏覽器訪問<master-node-ip>:30080或<worker-node-ip>:30080，若看到Nginx歡迎頁面則說明部署成功。

八、自動化運維實踐（可選但推薦）

為提升集群管理效率，可引入以下自動化工具：

• 自動化腳本：編寫Shell腳本實現常見操作（如檢查Pod狀態、備份配置），例如：

  #!/bin/bash
  echo "Checking Pod status:"
  kubectl get pods --all-namespaces
  echo "Checking node status:"
  kubectl get nodes
  

• 配置管理工具：使用Ansible編寫Playbook，自動化安裝Kubernetes組件、配置網絡插件等任務，減少手動操作誤差。
• CI/CD集成：通過Jenkins、GitLab CI搭建流水線，實現代碼提交后自動構建鏡像、推送至鏡像倉庫、部署至Kubernetes集群的端到端流程。
• 監控與日志：部署Prometheus+Grafana監控集群性能（如CPU、內存使用率），使用ELK（Elasticsearch+Logstash+Kibana）收集、分析應用日志，快速定位問題。