如何在裸机环境中使用kubeadm安装Kubernetes(k8s)集群？

在裸机环境中使用kubeadm部署Kubernetes集群需遵循以下核心步骤及注意事项：

一、环境准备

1. 系统要求：禁用Swap并设置sysctl参数（如net.ipv4.ip_forward=1及net.bridge.bridge-nf-call-iptables=1），CentOS需加载br_netfilter模块
2. 容器运行时：推荐containerd，需配置cgroupdriver=systemd并与kubelet一致，避免Docker因CRI兼容性问题导致初始化失败
3. 软件包预装：通过阿里云镜像源安装kubeadm/kubelet/kubectl，注意锁定版本防止自动升级冲突

二、集群初始化

1. 配置生成：使用kubeadm config print init-defaults生成YAML模板，需调整项包括：
   • imageRepository: registry.aliyuncs.com/google_containers
   • networking.podSubnet需与CNI插件匹配（如Calico默认192.168.0.0/16）
   • controllerManager.extraArgs.node-cidr-mask-size: 24
2. 证书优化：通过apiServer.certSANs添加所有节点及负载均衡器IP，为后续高可用扩展预留
3. 预拉镜像：执行kubeadm config images pull --config init.yaml避免网络超时中断流程

三、网络方案实施

1. CNI选型：生产环境优先Calico（支持BGP网络策略），需修改ippool配置适配物理网络MTU值
2. 多网卡处理：通过IP_AUTODETECTION_METHOD指定绑定接口，避免自动选择错误NIC导致跨节点不通
3. MetalLB集成：为LoadBalancer类型服务分配物理IP段，需与网络部门协调保留IP地址池

四、存储架构设计

1. 本地存储：使用OpenEBS创建LocalPV，需预置RAID卡策略并配置磁盘调度规则
2. 分布式存储：Rook Ceph部署需规划OSD磁盘分区，避免/journal与Wal分区同盘引发性能瓶颈
3. 存储类优化：设置ReclaimPolicy为Retain防止误删生产数据，启用VolumeBindingMode延迟绑定

五、高可用实现

1. 负载均衡器：通过Keepalived+HAProxy实现VIP漂移，注意配置TCP健康检查而非HTTP模式
2. ETCD集群：独立部署三节点etcd集群，定期快照备份并监控etcd_server_has_leader指标
3. 控制平面：使用kubeadm join --control-plane扩展Master节点，需预配共享密钥同步证书

典型故障案例

1. coredns CrashLoopBackOff：检查Calico是否分配IP，kubelet -v=3查看CNI插件调用日志
2. NodeNotReady：确认kubelet进程存活，journalctl -u kubelet排查cgroup驱动配置冲突
3. 证书过期：提前使用kubeadm certs renew更新，通过openssl x509 -in apiserver.crt -noout -text验证有效期

实践建议：使用Ansible批量配置节点参数，通过Cluster API实现声明式集群生命周期管理，在物理机BIOS层启用SR-IOV提升网络性能。

1. 系统准备：

   • 所有节点禁用swap：swapoff -a，注释/etc/fstab中的swap行
   • 设置hostname解析：vim /etc/hosts添加所有节点IP和主机名
   • 启用内核模块：modprobe br_netfilter
   • 配置sysctl：echo 'net.ipv4.ip_forward=1' >> /etc/sysctl.conf并sysctl -p

2. 安装容器运行时：

   apt-get install -y containerd
   mkdir -p /etc/containerd
   containerd config default > /etc/containerd/config.toml
   systemctl restart containerd

3. 安装kubeadm/kubelet/kubectl：

   apt-get install -y apt-transport-https ca-certificates curl
   curl -fsSL https://pkgs.k8s.io/core:/stable:/v1.28/deb/Release.key | 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:/v1.28/deb/ /' | tee /etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list
   apt-get update && apt-get install -y kubelet kubeadm kubectl

4. 初始化控制平面：

   kubeadm init --pod-network-cidr=10.244.0.0/16
   mkdir -p $HOME/.kube
   cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config

5. 部署网络插件（Calico示例）：

   kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/projectcalico/calico/v3.26.1/manifests/calico.yaml

6. 加入工作节点： 在控制平面执行kubeadm token create --print-join-command获取加入命令 工作节点执行生成的kubeadm join命令

1. 环境准备

   • 所有节点：禁用swap (swapoff -a)，关闭SELinux/防火墙，同步时间，设置唯一hostname，配置/etc/hosts解析。
   • 控制节点≥2核2GB，工作节点按负载配置。

2. 安装容器运行时

   # 安装containerd（所有节点）
   apt-get install -y containerd
   cat > /etc/containerd/config.toml <<EOF
   [plugins."io.containerd.grpc.v1.cri"]
    sandbox_image = "registry.k8s.io/pause:3.6"
   EOF
   systemctl restart containerd

3. 安装kubeadm/kubelet/kubectl

   # 所有节点
   apt-get install -y apt-transport-https curl
   curl -s https://packages.cloud.google.com/apt/doc/apt-key.gpg | apt-key add -
   echo "deb https://apt.kubernetes.io/ kubernetes-xenial main" > /etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list
   apt-get update && apt-get install -y kubeadm=1.28.0-00 kubelet=1.28.0-00 kubectl=1.28.0-00

4. 初始化控制平面

   # 仅在主节点执行
   kubeadm init --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 --apiserver-advertise-address=<主节点IP>
   mkdir -p $HOME/.kube
   cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config

5. 部署网络插件

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

6. 加入工作节点

   # 工作节点执行kubeadm join命令（从init输出获取）
   kubeadm join <主节点IP>:6443 --token <token> --discovery-token-ca-cert-hash sha256:<hash>

7. 验证集群

   kubectl get nodes  # 所有节点显示Ready
   kubectl get pods -A  # 检查CoreDNS等系统Pod运行状态

排错要点：

• 镜像拉取失败：使用kubeadm config images pull --image-repository=registry.aliyuncs.com/google_containers
• 节点NotReady：检查网络插件日志kubectl logs -n kube-system <flannel-pod>
• 端口冲突：确认6443/10250等端口未被占用

在裸机环境中使用kubeadm部署Kubernetes集群，需重点关注以下实践经验：

1. 前置条件：所有节点需禁用swap、同步时间、配置防火墙（6443/2379等端口）及安装容器运行时（containerd/docker）。建议使用CentOS 7/8或Ubuntu 20.04+等已验证OS版本。
2. 镜像加速：通过imageRepository参数指定私有镜像仓库（如阿里云镜像源），避免gcr.io访问问题。可预先执行kubeadm config images pull拉取镜像。
3. 网络方案：裸机环境优先选择Calico或Cilium作为CNI插件，需提前规划Pod CIDR并验证网络互通性，避免与物理网络冲突。
4. 存储集成：部署Rook/Ceph或OpenEBS实现裸机持久化存储，需单独规划磁盘分区并验证底层存储性能。
5. 高可用控制平面：若需HA，需部署至少3个控制节点，配合HAProxy或Keepalived实现API Server负载均衡。
6. 证书管理：通过kubeadm init时指定cert-dir和自定义证书有效期，建议使用x509v3扩展配置SAN（Subject Alternative Name）。
7. 灾备验证：部署后需测试节点断电、网络分区等异常场景，验证etcd集群健康状态和workload迁移能力。

关键陷阱：未关闭SELinux导致权限错误、CNI插件未及时安装造成CoreDNS pending、未配置kube-proxy的ipvs模式影响性能。建议结合kubeadm reset进行环境清理和重试。