# Kubernetes 部署完整指南

Kubernetes 作为容器编排的事实标准，已经成为现代云原生应用部署的核心技术。本指南将从零开始，详细介绍 Kubernetes 集群的搭建、应用部署和服务管理的完整流程。

## 概述

Kubernetes 是一个开源的容器编排平台，它能够自动化部署、扩展和管理容器化应用程序。通过 Kubernetes，您可以轻松管理大规模的容器集群，实现高可用性、自动扩展和滚动更新等企业级特性。

## 前置要求

### 1. 系统要求
- **操作系统**: Ubuntu 20.04+ / CentOS 7+ / RHEL 7+
- **CPU**: 至少 2 核
- **内存**: 至少 4GB RAM
- **存储**: 至少 20GB 可用空间
- **网络**: 稳定的网络连接

### 2. 软件依赖
- Docker 20.10+ 或 containerd 1.4+
- 支持的内核版本 (3.10+)
- 禁用 swap 分区
- 配置防火墙规则

## 集群搭建

### 1. 安装 Docker

```bash
# Ubuntu/Debian
sudo apt-get update
sudo apt-get install -y docker.io
sudo systemctl enable docker
sudo systemctl start docker

# CentOS/RHEL
sudo yum install -y docker
sudo systemctl enable docker
sudo systemctl start docker
```

### 2. 安装 Kubernetes 组件

```bash
# 添加 Kubernetes 源
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

# 安装 kubeadm, kubelet 和 kubectl
sudo apt-get update
sudo apt-get install -y kubelet kubeadm kubectl
sudo apt-mark hold kubelet kubeadm kubectl
```

### 3. 初始化主节点

```bash
# 初始化集群
sudo kubeadm init --pod-network-cidr=10.244.0.0/16

# 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

# 安装网络插件 (Flannel)
kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/flannel-io/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml
```

### 4. 添加工作节点

```bash
# 在主节点上生成加入命令
kubeadm token create --print-join-command

# 在工作节点上执行加入命令
sudo kubeadm join <master-ip>:6443 --token <token> --discovery-token-ca-cert-hash <hash>
```

## 应用部署

### 1. 创建命名空间

```yaml
# namespace.yaml
apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
  name: myapp
  labels:
    name: myapp
```

```bash
kubectl apply -f namespace.yaml
```

### 2. 部署应用

#### 2.1 使用 Deployment

```yaml
# deployment.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
  namespace: myapp
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.21
        ports:
        - containerPort: 80
        resources:
          requests:
            memory: "64Mi"
            cpu: "250m"
          limits:
            memory: "128Mi"
            cpu: "500m"
```

#### 2.2 使用 Service 暴露服务

```yaml
# service.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-service
  namespace: myapp
spec:
  selector:
    app: nginx
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 80
  type: ClusterIP
```

#### 2.3 使用 Ingress 配置外部访问

```yaml
# ingress.yaml
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: nginx-ingress
  namespace: myapp
  annotations:
    nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: /
spec:
  rules:
  - host: myapp.example.com
    http:
      paths:
      - path: /
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: nginx-service
            port:
              number: 80
```

### 3. 应用配置管理

#### 3.1 使用 ConfigMap

```yaml
# configmap.yaml
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: app-config
  namespace: myapp
data:
  app.properties: |
    database.url=jdbc:mysql://mysql:3306/myapp
    cache.enabled=true
    log.level=INFO
```

#### 3.2 使用 Secret

```yaml
# secret.yaml
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: app-secret
  namespace: myapp
type: Opaque
data:
  username: YWRtaW4=  # admin
  password: cGFzc3dvcmQ=  # password
```

## 服务管理

### 1. 扩缩容

```bash
# 手动扩缩容
kubectl scale deployment nginx-deployment --replicas=5

# 自动扩缩容 (HPA)
kubectl autoscale deployment nginx-deployment --cpu-percent=50 --min=1 --max=10
```

### 2. 滚动更新

```bash
# 更新镜像
kubectl set image deployment/nginx-deployment nginx=nginx:1.22

# 查看更新状态
kubectl rollout status deployment/nginx-deployment

# 回滚到上一个版本
kubectl rollout undo deployment/nginx-deployment
```

### 3. 健康检查

```yaml
# 在 Deployment 中添加健康检查
spec:
  template:
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.21
        livenessProbe:
          httpGet:
            path: /
            port: 80
          initialDelaySeconds: 30
          periodSeconds: 10
        readinessProbe:
          httpGet:
            path: /
            port: 80
          initialDelaySeconds: 5
          periodSeconds: 5
```

## 监控与日志

### 1. 资源监控

```bash
# 查看节点资源使用情况
kubectl top nodes

# 查看 Pod 资源使用情况
kubectl top pods

# 查看命名空间资源使用情况
kubectl top pods --namespace=myapp
```

### 2. 日志管理

```bash
# 查看 Pod 日志
kubectl logs <pod-name> -n myapp

# 实时跟踪日志
kubectl logs -f <pod-name> -n myapp

# 查看多个容器的日志
kubectl logs <pod-name> -c <container-name> -n myapp
```

### 3. 事件监控

```bash
# 查看集群事件
kubectl get events --sort-by='.lastTimestamp'

# 查看特定命名空间的事件
kubectl get events -n myapp --sort-by='.lastTimestamp'
```

## 故障排除

### 1. 常见问题诊断

#### Pod 无法启动
```bash
# 查看 Pod 状态
kubectl describe pod <pod-name> -n myapp

# 查看 Pod 日志
kubectl logs <pod-name> -n myapp

# 检查节点资源
kubectl describe node <node-name>
```

#### 服务无法访问
```bash
# 检查 Service 配置
kubectl get svc -n myapp

# 检查 Endpoints
kubectl get endpoints -n myapp

# 测试网络连通性
kubectl run test-connection --image=busybox --rm -it --restart=Never -- nslookup nginx-service
```

### 2. 性能优化

#### 资源限制
```yaml
resources:
  requests:
    memory: "64Mi"
    cpu: "250m"
  limits:
    memory: "128Mi"
    cpu: "500m"
```

#### 节点亲和性
```yaml
affinity:
  nodeAffinity:
    requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      nodeSelectorTerms:
      - matchExpressions:
        - key: kubernetes.io/os
          operator: In
          values:
          - linux
```

## 最佳实践

### 1. 安全性
- 使用 RBAC 控制访问权限
- 定期更新 Kubernetes 版本
- 启用 Pod 安全策略
- 使用网络策略限制 Pod 间通信

### 2. 可靠性
- 配置多个副本确保高可用
- 使用反亲和性分散 Pod 分布
- 实施健康检查和自动恢复
- 配置资源限制防止资源耗尽

### 3. 可维护性
- 使用标签和注解组织资源
- 实施基础设施即代码 (IaC)
- 建立监控和告警体系
- 定期备份集群配置

## 总结

Kubernetes 提供了强大的容器编排能力，但同时也带来了复杂性和学习成本。通过本指南的学习，您应该能够：

1. 搭建一个基本的 Kubernetes 集群
2. 部署和管理容器化应用
3. 配置网络和服务发现
4. 实施监控和故障排除
5. 遵循最佳实践确保生产环境的稳定性

记住，Kubernetes 是一个不断发展的平台，建议您：
- 保持对最新版本的关注
- 参与社区讨论和贡献
- 在实际项目中积累经验
- 持续学习和改进

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*本文由 CloudPro 技术团队编写，如有疑问请联系我们。*