Ubuntu上Kubernetes集群如何扩展

Ubuntu上Kubernetes集群扩展指南

Kubernetes集群扩展主要分为水平扩展（添加节点）、**垂直扩展（增加节点资源）和自动扩展（HPA）**三类，以下是针对Ubuntu系统的详细操作步骤及注意事项：

一、水平扩展：添加新节点

水平扩展是通过增加工作节点提升集群整体容量，适用于需要处理更多工作负载的场景。

1. 准备新节点

• 系统要求：选择一台Ubuntu服务器（建议22.04及以上版本），确保满足Kubernetes最低硬件配置（如2核CPU、2GB内存、≥10GB存储）。
• 安装基础组件：

  # 更新软件包并安装Docker（容器运行时）
  sudo apt-get update
  sudo apt-get install -y docker.io
  sudo systemctl enable --now docker
  
  # 安装kubeadm、kubelet、kubectl（Kubernetes核心工具）
  sudo apt-get install -y apt-transport-https curl
  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
  sudo apt-get update
  sudo apt-get install -y kubelet kubeadm kubectl
  sudo apt-mark hold kubelet kubeadm kubectl  # 锁定版本避免自动升级
  

2. 获取集群加入凭证

在**主节点（Master）**上执行以下命令，生成用于新节点加入集群的命令：

kubeadm token create --print-join-command

输出示例：

sudo kubeadm join 192.168.1.100:6443 --token abcdef.1234567890 --discovery-token-ca-cert-hash sha256:1234567890abcdef...

注意：请复制完整命令（包含IP、端口、token及证书哈希），后续需在新节点上执行。

3. 新节点加入集群

将主节点生成的kubeadm join命令粘贴到新节点终端，执行后等待节点初始化完成：

sudo kubeadm join 192.168.1.100:6443 --token abcdef.1234567890 --discovery-token-ca-cert-hash sha256:1234567890abcdef...

4. 验证节点状态

回到主节点，运行以下命令查看节点列表，确认新节点状态为Ready：

kubectl get nodes

输出示例：

NAME           STATUS   ROLES    AGE   VERSION
k8s-master-01  Ready    master   10d   v1.28.2
k8s-worker-03  Ready    <
    none>
       5m    v1.28.2  # 新节点已加入

5. 部署网络插件（可选但必要）

若集群未安装网络插件（如Calico），需在新节点上部署以确保Pod间通信：

kubectl apply -f https://docs.projectcalico.org/manifests/calico.yaml

等待插件状态变为Running：

kubectl get pods -n calico-system

二、垂直扩展：增加节点资源

垂直扩展是通过调整现有节点的资源限制（如CPU、内存）提升单节点承载能力，适用于节点资源不足的场景。

1. 编辑kubelet配置

修改节点上的kubelet配置文件（默认路径/var/lib/kubelet/config.yaml），调整资源分配策略：

# 示例：开启CPU管理策略为static（允许Pod独占CPU核心）
cpuManagerPolicy: static
# 示例：调整Pod资源限制（需根据节点实际资源调整）
resolvConf: /run/systemd/resolve/resolv.conf

2. 重启kubelet使配置生效

sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl restart kubelet

注意：垂直扩展需确保节点硬件支持（如CPU核心数足够），且操作可能导致节点短暂不可用，建议在低负载时段进行。

三、自动扩展：Horizontal Pod Autoscaler（HPA）

HPA可根据Pod的CPU/内存使用率自动调整副本数量，实现动态扩缩容，适用于流量波动大的应用。

1. 确保Metrics Server已安装

HPA依赖Metrics Server收集资源指标，若未安装，执行以下命令：

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

等待Metrics Server启动：

kubectl get pods -n kube-system | grep metrics-server

2. 创建HPA资源

通过kubectl autoscale命令或YAML文件创建HPA。以下命令示例为your-application Deployment设置自动扩缩容规则：

kubectl autoscale deployment your-application --cpu-percent=80 --min=1 --max=10

参数说明：

• --cpu-percent=80：当Pod平均CPU使用率超过80%时触发扩容；
• --min=1：最小副本数为1；
• --max=10：最大副本数为10。

3. 验证HPA状态

查看HPA详情，确认其是否正常工作：

kubectl get hpa

输出示例：

NAME              REFERENCE                     TARGETS   MINPODS   MAXPODS   REPLICAS   AGE
your-application  Deployment/your-application   45%/80%   1         10        3          10m

说明：TARGETS列表示当前Pod的CPU使用率（45%）与目标阈值（80%）的比值，若超过阈值，HPA会自动增加副本数。

四、扩展注意事项

1. 网络配置：确保新节点与集群内所有节点的防火墙允许Kubernetes通信（如6443端口用于API Server、10250端口用于kubelet API、30000-32767端口用于NodePort服务）。
2. 版本兼容性：所有节点的Kubernetes版本需保持一致（建议主节点与工作节点版本差≤1个小版本），避免兼容性问题。
3. 证书一致性：若使用自签名证书，新节点需将主节点/etc/kubernetes/pki目录下的证书复制到相同路径，确保证书信任链有效。
4. 负载均衡：多Master节点场景需配置负载均衡器（如HAProxy、Nginx）代理API Server请求，避免单点故障。
5. 监控与日志：扩容后需通过Prometheus、Grafana等工具监控集群状态（如节点资源使用率、Pod状态），及时排查异常。

通过以上步骤，您可快速扩展Ubuntu上的Kubernetes集群，满足业务增长需求。操作前建议备份重要数据，并在测试环境验证流程的正确性。

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