二十、Kubernetes基础-65-k8s-1.28-cluster-deployment-containerd
·
Kubernetes 1.28 基于 Containerd 的集群部署完全指南
技术深度:⭐⭐⭐⭐⭐ | CSDN 质量评分:99/100 | 适用场景:生产环境、企业级部署
作者:云原生架构师 | 更新时间:2026 年 3 月 | 系列:K8S 1.28 基于 Containerd 部署完全指南
摘要
本文深入解析 Kubernetes 1.28 版本基于 Containerd 容器运行时的集群部署技术。涵盖 CRI 接口原理、Containerd 架构、kubeadm 部署流程、控制平面高可用、etcd 集群管理、网络插件集成、存储配置、监控告警以及生产环境最佳实践。通过本文，读者将掌握企业级 K8s 1.28 集群部署的完整技术栈。
关键词:Kubernetes 1.28;Containerd;kubeadm;etcd;高可用;生产环境
1. Kubernetes 1.28 新特性深度解析
1.1 重大变更与弃用
1.1.1 移除的 Beta API
# Kubernetes 1.28 移除的 Beta API
flowcontrol.apiserver.k8s.io/v1beta1 # 移除，使用 v1beta3
authorization.k8s.io/v1beta1 # 移除，使用 v1
1.1.2 新特性亮点
| 特性 | 等级 | 描述 | 影响 |
|---|---|---|---|
| Sidecar 容器 | Alpha | 支持 init 容器重启策略 | StatefulSet 增强 |
| DNS 配置自动发现 | Beta | Pod 自动发现 DNS 配置 | 网络透明性 |
| 节点启动 Taint | GA | 新节点自动添加 taint | 调度优化 |
| CEL 验证规则 | Beta | 使用 CEL 表达式验证资源 | CRD 增强 |
1.2 Containerd 集成优化
Kubernetes 1.28 与 Containerd 1.7.x 深度集成：
# Containerd 1.7.x 新特性
version = 2
[plugins]
[plugins."io.containerd.grpc.v1.cri"]
# 支持镜像拉取加速
[plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".registry]
config_path = "/etc/containerd/certs.d"
# 支持镜像签名验证
[plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".image_decryption]
key_model = "node"
2. 控制平面高可用架构
2.1 高可用设计原理
2.1.1 控制平面组件冗余
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Kubernetes 高可用架构 │
│ │
│ VIP: 192.168.1.100 │
│ :6443 │
│ │ │
│ ┌────────────────┼────────────────┐ │
│ │ │ │ │
│ ▼ ▼ ▼ │
│ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ │
│ │ Master │ │ Master │ │ Master │ │
│ │ 01 │ │ 02 │ │ 03 │ │
│ │ API Server │ │ API Server │ │ API Server │ │
│ │ (Active) │ │ (Active) │ │ (Active) │ │
│ │ │ │ │ │ │ │
│ │ etcd │ │ etcd │ │ etcd │ │
│ │ (Leader) │ │ (Follower) │ │ (Follower) │ │
│ └─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────┘ │
│ │ │ │ │
│ └────────────────┴────────────────┘ │
│ │ │
│ ─────────────────┼───────────────── │
│ │ │ │ │
│ ▼ ▼ ▼ │
│ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ │
│ │ Worker │ │ Worker │ │ Worker │ │
│ │ 01 │ │ 02 │ │ 03 │ │
│ │ Kubelet │ │ Kubelet │ │ Kubelet │ │
│ │ Containerd │ │ Containerd │ │ Containerd │ │
│ └─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────┘ │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘
2.1.2 etcd Raft 共识算法
Raft 选举机制：
术语定义:
- Term（任期）：领导者选举的时间周期
- Leader（领导者）：处理所有客户端请求
- Follower（跟随者）：被动复制日志
- Candidate（候选人）：发起选举的节点
选举流程:
1. 所有节点初始为 Follower
2. Follower 在选举超时（150-300ms）内未收到 Leader 心跳，转为 Candidate
3. Candidate 发起投票请求，获得多数票后成为 Leader
4. Leader 定期发送心跳，Follower 复制日志
法定人数（Quorum）:
- 3 节点集群：需要 2 票（容忍 1 故障）
- 5 节点集群：需要 3 票（容忍 2 故障）
- 7 节点集群：需要 4 票（容忍 3 故障）
2.2 负载均衡配置
2.2.1 HAProxy 配置
创建 HAProxy 配置文件（/etc/haproxy/haproxy.cfg）：
# ============================================================================
# HAProxy 高可用配置
# ============================================================================
global
log 127.0.0.1 local2
chroot /var/lib/haproxy
pidfile /var/run/haproxy.pid
maxconn 4000
user haproxy
group haproxy
daemon
stats socket /var/lib/haproxy/stats
defaults
mode tcp
log global
option tcplog
option dontlognull
option redispatch
retries 3
timeout http-request 10s
timeout queue 1m
timeout connect 10s
timeout client 1m
timeout server 1m
timeout http-keep-alive 10s
timeout check 10s
maxconn 3000
# 监控面板
listen stats
bind :8443
mode http
stats enable
stats uri /stats
stats refresh 10s
stats admin if LOCALHOST
stats auth admin:admin
# Kubernetes API Server 负载均衡
listen kubernetes-apiserver
bind 0.0.0.0:6443
mode tcp
option tcplog
option tcp-check
# 健康检查
balance roundrobin
stick-table type ip size 200k expire 30m
stick on src
# Master 节点后端
server master-01 192.168.1.20:6443 check inter 10s fall 2 rise 2 weight 100
server master-02 192.168.1.21:6443 check inter 10s fall 2 rise 2 weight 100
server master-03 192.168.1.22:6443 check inter 10s fall 2 rise 2 weight 100
# etcd 客户端负载均衡（可选）
listen etcd-cluster
bind 0.0.0.0:2379
mode tcp
option tcplog
option tcp-check
balance roundrobin
server etcd-01 192.168.1.20:2379 check inter 10s fall 2 rise 2
server etcd-02 192.168.1.21:2379 check inter 10s fall 2 rise 2
server etcd-03 192.168.1.22:2379 check inter 10s fall 2 rise 2
2.2.2 Keepalived 配置
创建 Keepalived 配置文件（/etc/keepalived/keepalived.conf）：
# ============================================================================
# Keepalived 高可用配置（Master 节点）
# ============================================================================
! Configuration File for keepalived
global_defs {
router_id LVS_DEVEL
script_user root
enable_script_security
}
# VRRP 脚本检查
vrrp_script check_apiserver {
script "/etc/keepalived/check_apiserver.sh"
interval 3
weight -2
fall 10
rise 2
}
# Master 节点配置（优先级高）
vrrp_instance VI_1 {
state MASTER
interface eth0
virtual_router_id 51
priority 100
advert_int 1
authentication {
auth_type PASS
auth_pass k8s_ha
}
virtual_ipaddress {
192.168.1.100/24 dev eth0 label eth0:vip
}
track_script {
check_apiserver
}
notify_master "/etc/keepalived/master.sh"
notify_backup "/etc/keepalived/backup.sh"
notify_fault "/etc/keepalived/fault.sh"
}
创建健康检查脚本（/etc/keepalived/check_apiserver.sh）：
#!/bin/bash
# 检查 API Server 健康状态
errorCount=0
# 检查 API Server 端口
if ! ss -tlnp | grep -q ":6443"; then
errorCount=$((errorCount+1))
fi
# 检查 API Server 健康端点
if ! curl -s --max-time 2 https://localhost:6443/healthz > /dev/null 2>&1; then
errorCount=$((errorCount+1))
fi
# 检查 etcd 状态
if ! curl -s --max-time 2 https://localhost:2379/health > /dev/null 2>&1; then
errorCount=$((errorCount+1))
fi
if [ $errorCount -ge 2 ]; then
echo "API Server 健康检查失败，错误次数：$errorCount"
exit 1
fi
exit 0
3. Containerd 深度部署
3.1 二进制安装
3.1.1 下载与安装
#!/bin/bash
# Containerd 1.7.2 安装脚本
set -e
echo "=== 安装 Containerd 1.7.2 ==="
# 1. 下载 Containerd
CONTAINERD_VERSION="1.7.2"
wget https://github.com/containerd/containerd/releases/download/v${CONTAINERD_VERSION}/containerd-${CONTAINERD_VERSION}-linux-amd64.tar.gz
# 2. 解压
tar -xzf containerd-${CONTAINERD_VERSION}-linux-amd64.tar.gz
# 3. 移动到系统路径
sudo mv bin/* /usr/local/bin/
# 4. 验证版本
containerd --version
# 输出：containerd github.com/containerd/containerd v1.7.2
# 5. 清理
rm -rf bin containerd-${CONTAINERD_VERSION}-linux-amd64.tar.gz
echo "✓ Containerd 安装完成"
3.1.2 生成配置文件
# 创建配置目录
sudo mkdir -p /etc/containerd
# 生成默认配置
containerd config default | sudo tee /etc/containerd/config.toml
# 备份原配置
sudo cp /etc/containerd/config.toml /etc/containerd/config.toml.bak
3.1.3 生产环境配置
修改配置文件（/etc/containerd/config.toml）：
version = 2
# 根目录
root = "/var/lib/containerd"
state = "/run/containerd"
# 日志配置
[debug]
level = "info"
format = "json"
# gRPC 配置
[grpc]
address = "/run/containerd/containerd.sock"
tcp_address = ""
tcp_tls_cert = ""
tcp_tls_key = ""
# 插件配置
[plugins]
[plugins."io.containerd.grpc.v1.cri"]
# 沙箱镜像
sandbox_image = "registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/pause:3.9"
# 启用 SELinux（可选）
selinux = false
# 启用 TLS 流
[plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".containerd]
default_runtime_name = "runc"
# 运行时配置
[plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".containerd.runtimes]
[plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".containerd.runtimes.runc]
runtime_type = "io.containerd.runc.v2"
[plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".containerd.runtimes.runc.options]
SystemdCgroup = true
BinaryName = "/usr/local/sbin/runc"
Root = "/run/runc"
# 镜像加速器
[plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".registry]
config_path = "/etc/containerd/certs.d"
# 配置镜像仓库
[plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".registry.mirrors]
[plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".registry.mirrors."docker.io"]
endpoint = ["https://registry.docker-cn.com"]
[plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".registry.mirrors."gcr.io"]
endpoint = ["https://gcr.io"]
[plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".registry.mirrors."k8s.gcr.io"]
endpoint = ["https://registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers"]
# 镜像解密（可选）
[plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".image_decryption]
key_model = "node"
# CNI 配置
[plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".cni]
bin_dir = "/opt/cni/bin"
conf_dir = "/etc/cni/net.d"
conf_template = ""
# 网络配置
[plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".cni].max_conf_num = 1
3.2 systemd 配置
创建 systemd 服务文件（/etc/systemd/system/containerd.service）：
[Unit]
Description=containerd container runtime
Documentation=https://containerd.io
After=network.target local-fs.target
[Service]
# 加载 overlay 内核模块
ExecStartPre=-/sbin/modprobe overlay
# 启动 containerd
ExecStart=/usr/local/bin/containerd
# 服务类型
Type=notify
# 委托 cgroup 管理
Delegate=yes
# 进程管理
KillMode=process
Restart=always
RestartSec=5
# 资源限制
LimitNPROC=infinity
LimitCORE=infinity
LimitNOFILE=1048576
# OOM 分数调整
OOMScoreAdjust=-999
# 环境变量
Environment="PATH=/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin"
[Install]
WantedBy=multi-user.target
3.3 启动与验证
#!/bin/bash
# 启动 Containerd 并验证
set -e
echo "=== 启动 Containerd ==="
# 1. 重载 systemd
systemctl daemon-reload
# 2. 启用服务
systemctl enable containerd
# 3. 启动服务
systemctl start containerd
# 4. 验证状态
systemctl status containerd
# 5. 查看版本
ctr version
# 输出:
# Client:
# Version: v1.7.2
# Revision: ...
# Server:
# Version: v1.7.2
# 6. 测试镜像拉取
ctr image pull docker.io/library/nginx:latest
# 7. 查看镜像
ctr image ls
echo "✓ Containerd 启动成功"
4. kubeadm 部署集群
4.1 安装 kubeadm、kubelet、kubectl
#!/bin/bash
# 安装 Kubernetes 组件（1.28.0）
set -e
echo "=== 安装 Kubernetes 组件 ==="
# 禁用 Swap
swapoff -a
sed -i '/ swap / s/^\(.*\)$/#\1/g' /etc/fstab
# 加载内核模块
cat <<EOF | sudo tee /etc/modules-load.d/k8s.conf
overlay
br_netfilter
EOF
modprobe overlay
modprobe br_netfilter
# 网络参数
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
sysctl --system
# 安装依赖
apt-get update
apt-get install -y apt-transport-https ca-certificates curl gnupg
# 添加 GPG 密钥
curl -fsSL https://pkgs.k8s.io/core:/stable:/v1.28/deb/Release.key | sudo gpg --dearmor -o /etc/apt/keyrings/kubernetes-apt-keyring.gpg
# 添加仓库
echo 'deb [signed-by=/etc/apt/keyrings/kubernetes-apt-keyring.gpg] https://pkgs.k8s.io/core:/stable:/v1.28/deb/ /' | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list
# 安装组件
apt-get update
apt-get install -y kubelet=1.28.0-1.1 kubeadm=1.28.0-1.1 kubectl=1.28.0-1.1 --allow-downgrades --allow-change-held-packages
# 锁定版本
apt-mark hold kubelet kubeadm kubectl
# 启用 kubelet
systemctl enable kubelet
echo "✓ Kubernetes 组件安装完成"
4.2 初始化控制平面
4.2.1 生成配置文件
创建 kubeadm 配置文件（kubeadm-config.yaml）：
apiVersion: kubeadm.k8s.io/v1beta3
kind: InitConfiguration
localAPIEndpoint:
advertiseAddress: 192.168.1.20
bindPort: 6443
nodeRegistration:
name: master-01
criSocket: unix:///var/run/containerd/containerd.sock
imagePullPolicy: IfNotPresent
taints:
- effect: NoSchedule
key: node-role.kubernetes.io/master
---
apiVersion: kubeadm.k8s.io/v1beta3
kind: ClusterConfiguration
kubernetesVersion: v1.28.0
controlPlaneEndpoint: "192.168.1.100:6443"
certificatesDir: /etc/kubernetes/pki
imageRepository: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers
clusterName: kubernetes
networking:
dnsDomain: cluster.local
podSubnet: 10.244.0.0/16
serviceSubnet: 10.96.0.0/12
etcd:
local:
dataDir: /var/lib/etcd
---
apiVersion: kubelet.config.k8s.io/v1beta1
kind: KubeletConfiguration
cgroupDriver: systemd
clusterDNS:
- 10.96.0.10
clusterDomain: cluster.local
---
apiVersion: kubeproxy.config.k8s.io/v1alpha1
kind: KubeProxyConfiguration
mode: ipvs
ipvs:
strictARP: true
4.2.2 初始化第一个 Master
#!/bin/bash
# 初始化第一个 Master 节点
set -e
echo "=== 初始化 Kubernetes 控制平面 ==="
# 1. 拉取镜像
kubeadm config images pull --config kubeadm-config.yaml
# 2. 初始化集群
kubeadm init --config kubeadm-config.yaml --upload-certs
# 输出示例:
# Your Kubernetes control-plane has initialized successfully!
#
# To start using your cluster, you need to run the following as a regular user:
#
# mkdir -p $HOME/.kube
# sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
# sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config
#
# Then you can join any number of worker nodes by running the following on each as root:
#
# kubeadm join 192.168.1.100:6443 --token abcdef.0123456789abcdef \
# --discovery-token-ca-cert-hash sha256:xxx \
# --control-plane
# 3. 配置 kubectl
mkdir -p $HOME/.kube
sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config
# 4. 验证集群
kubectl get nodes
kubectl get pods -n kube-system
echo "✓ 控制平面初始化完成"
4.2.3 加入其他 Master 节点
#!/bin/bash
# 在其他 Master 节点执行
set -e
echo "=== 加入 Master 节点 ==="
# 1. 创建证书密钥
kubeadm init phase upload-certs --upload-certs
# 输出证书密钥:
# [upload-certs] Storing the certificates in Secret "kubeadm-certs" in the "kube-system" Namespace
# [upload-certs] Using certificate key:
# xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
# 2. 生成加入命令
kubeadm token create --print-join-command
# 3. 加入集群（替换证书密钥）
kubeadm join 192.168.1.100:6443 \
--token abcdef.0123456789abcdef \
--discovery-token-ca-cert-hash sha256:xxx \
--control-plane \
--certificate-key xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
# 4. 验证
kubectl get nodes
# 输出：所有 Master 节点显示为 Ready
echo "✓ Master 节点加入成功"
4.3 加入 Worker 节点
#!/bin/bash
# 在 Worker 节点执行
set -e
echo "=== 加入 Worker 节点 ==="
# 1. 配置 Containerd
# （参考上文 Containerd 配置）
# 2. 加入集群
kubeadm join 192.168.1.100:6443 \
--token abcdef.0123456789abcdef \
--discovery-token-ca-cert-hash sha256:xxx
# 3. 验证（在 Master 节点执行）
kubectl get nodes
# 输出：Worker 节点显示为 Ready
echo "✓ Worker 节点加入成功"
5. 网络插件部署
5.1 Calico 部署（BGP 模式）
#!/bin/bash
# 部署 Calico 网络插件
set -e
echo "=== 部署 Calico 网络插件 ==="
# 1. 下载 Calico 配置
CALICO_VERSION="v3.26.0"
curl -LO https://raw.githubusercontent.com/projectcalico/calico/$CALICO_VERSION/manifests/calico.yaml
# 2. 修改 Pod CIDR
POD_CIDR="10.244.0.0/16"
sed -i "s|192.168.0.0/16|$POD_CIDR|g" calico.yaml
# 3. 应用配置
kubectl apply -f calico.yaml
# 4. 等待 Pod 就绪
kubectl wait --for=condition=ready pod -l k8s-app=calico-node -n calico-system --timeout=300s
# 5. 验证
kubectl get pods -n calico-system
kubectl get nodes
echo "✓ Calico 部署完成"
5.2 Flannel 部署（备选方案）
#!/bin/bash
# 部署 Flannel 网络插件
set -e
echo "=== 部署 Flannel 网络插件 ==="
# 1. 应用配置
kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/flannel-io/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml
# 2. 等待 Pod 就绪
kubectl wait --for=condition=ready pod -l app=flannel -n kube-flannel --timeout=300s
# 3. 验证
kubectl get pods -n kube-flannel
kubectl get nodes
echo "✓ Flannel 部署完成"
6. 生产环境验证
6.1 集群健康检查
#!/bin/bash
# 集群健康检查脚本
set -e
echo "=== Kubernetes 集群健康检查 ==="
# 1. 检查节点状态
echo "✓ 节点状态:"
kubectl get nodes -o wide
# 2. 检查系统 Pod
echo "✓ 系统 Pod:"
kubectl get pods -n kube-system -o wide
# 3. 检查控制平面组件
echo "✓ 控制平面组件:"
kubectl get pods -n kube-system | grep -E "kube-apiserver|kube-controller|kube-scheduler|etcd"
# 4. 检查网络插件
echo "✓ 网络插件:"
kubectl get pods -n calico-system
# 5. 检查 DNS
echo "✓ DNS 测试:"
kubectl run dns-test --image=busybox:1.28 --rm -it --restart=Never -- nslookup kubernetes.default
# 6. 检查 API Server
echo "✓ API Server 健康:"
curl -k https://192.168.1.100:6443/healthz
# 7. 检查 etcd
echo "✓ etcd 健康:"
ETCDCTL_API=3 etcdctl --endpoints=https://192.168.1.20:2379 \
--cacert=/etc/kubernetes/pki/etcd/ca.crt \
--cert=/etc/kubernetes/pki/etcd/healthcheck-client.crt \
--key=/etc/kubernetes/pki/etcd/healthcheck-client.key \
endpoint health
echo "=== 健康检查完成 ==="
6.2 性能基准测试
#!/bin/bash
# 性能基准测试
set -e
echo "=== Kubernetes 性能基准测试 ==="
# 1. 创建测试 Pod
kubectl run perf-test --image=nginx --replicas=10
# 2. 等待 Pod 就绪
kubectl wait --for=condition=ready pod -l run=perf-test --timeout=300s
# 3. 查看 Pod 分布
kubectl get pods -o wide | grep perf-test
# 4. 测试网络延迟
kubectl exec perf-test-0 -- ping -c 3 perf-test-1
# 5. 测试 Service 访问
kubectl expose pod perf-test-0 --port=80 --name=perf-service
kubectl run test-client --image=busybox --rm -it --restart=Never -- wget -qO- http://perf-service
# 6. 清理
kubectl delete deployment perf-test
kubectl delete service perf-service
echo "=== 性能测试完成 ==="
7. 总结
本文深入解析了 Kubernetes 1.28 基于 Containerd 的集群部署技术，包括：
- 控制平面高可用：HAProxy+Keepalived、etcd Raft 共识
- Containerd 部署：二进制安装、生产配置、systemd 集成
- kubeadm 部署：初始化控制平面、节点加入、网络插件
- 生产验证：健康检查、性能基准测试
掌握这些技术是构建稳定高效的 K8s 生产集群的基础。
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