搭建DevOps企业级仿真实验环境：010Kubernetes 单节点集群完整搭建指南

云达闲人

619人浏览 · 2026-05-10 17:05:59

云达闲人 · 2026-05-10 17:05:59 发布

在企业级DevOps仿真实验环境中，Kubernetes（简称K8s）作为容器编排的核心工具，是实现服务自动化部署、伸缩和管理的关键。本文将基于Ubuntu 22.04系统，详细讲解K8s v1.28.2单节点集群的完整搭建流程，采用containerd作为容器运行时、Flannel作为网络插件，步骤清晰且附带详细命令和验证方法，新手也能顺利上手完成搭建。

先明确本次搭建的环境信息，确保实验环境与本文一致，避免因环境差异导致搭建失败：

系统版本：Ubuntu 22.04

节点信息：ControlNodeA（IP：192.168.0.151）

K8s版本：v1.28.2

容器运行时：containerd

网络插件：Flannel

一、系统基础准备：安装依赖与环境初始化

搭建K8s集群前，首先需要完成系统基础配置，安装必要的依赖工具，确保后续操作顺利进行。打开终端，执行以下命令更新软件源并安装基础工具，包括证书、curl、gnupg等，这些都是后续配置软件源和安装组件的基础。

bash
# 更新软件源、安装基础工具
sudo apt update && sudo apt install -y ca-certificates curl gnupg lsb-release bash-completion

二、关闭Swap分区：K8s集群的强制要求

Kubernetes要求必须关闭Swap分区，否则会影响集群的稳定性和性能（Swap会导致内存交换，影响容器运行效率）。这里提供临时关闭和永久关闭两种方式，确保重启系统后Swap依然处于关闭状态。

bash
# 临时关闭Swap（立即生效，重启后失效）
sudo swapoff -a
# 永久关闭Swap（注释配置文件，永久生效）
sudo sed '/ swap / s/^$.*$$/#\1/g' /etc/fstab | sudo tee /etc/fstab

三、加载内核模块：满足容器网络依赖

容器网络的正常运行需要依赖overlay和br_netfilter两个内核模块，我们需要将这两个模块写入配置文件，确保开机自动加载，同时立即加载模块使其当前生效。

bash
# 写入模块配置（安全tee写法，无覆盖风险）
cat <<EOF | sudo tee /etc/modules-load.d/k8s.conf
overlay
br_netfilter
EOF

# 立即加载模块
sudo modprobe overlay
sudo modprobe br_netfilter

四、配置系统网络参数：保障集群网络通信

为了让K8s集群能够正常通信，需要配置系统网络参数，开启桥接网络的iptables转发功能，这些参数是K8s网络正常工作的前提，配置后立即生效。

bash
# 写入网络配置（安全tee写法，避免直接修改文件出错）
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

# 立即生效所有系统参数
sudo sysctl --system

五、安装并配置containerd：核心容器运行时

containerd是K8s官方推荐的容器运行时，负责管理容器的生命周期，相比Docker更轻量、更贴合K8s的需求。本节将完成containerd的安装、配置，并优化镜像源，避免国内网络环境导致的下载超时问题。

bash
# 1. 安装containerd
sudo apt update && sudo apt install -y containerd

# 2. 生成默认配置并修改关键参数
sudo mkdir -p /etc/containerd
# 生成默认配置文件
sudo containerd config default | sudo tee /etc/containerd/config.toml

# 修改SystemdCgroup为true（适配K8s的系统级资源管理）
sudo sed 's/SystemdCgroup = false/SystemdCgroup = true/' /etc/containerd/config.toml | sudo tee /etc/containerd/config.toml.tmp > /dev/null
sudo mv /etc/containerd/config.toml.tmp /etc/containerd/config.toml

# 修改sandbox镜像（替换为阿里云镜像，解决国内下载慢问题）
sudo sed "s|sandbox = '.*'|sandbox = 'registry.aliyuncs.com/google_containers/pause:3.9'|" /etc/containerd/config.toml | sudo tee /etc/containerd/config.toml.tmp > /dev/null
sudo mv /etc/containerd/config.toml.tmp /etc/containerd/config.toml

# 验证配置是否修改成功
grep 'sandbox' /etc/containerd/config.toml
grep 'SystemdCgroup' /etc/containerd/config.toml

# 3. 重启并设置containerd开机自启
sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl enable --now containerd
sudo systemctl restart containerd

配置完成后，我们安装crictl工具（K8s提供的容器运行时命令行工具），用于管理containerd容器，这里使用国内高速镜像下载，提升下载速度。

bash
# 下载crictl（国内高速镜像，避免github访问超时）
wget https://ghproxy.net/https://github.com/kubernetes-sigs/cri-tools/releases/download/v1.30.0/crictl-v1.30.0-linux-amd64.tar.gz -O crictl.tar.gz

# 解压到系统命令目录（确保全局可执行）
sudo tar zxvf crictl.tar.gz -C /usr/local/bin/

# 删除安装包，清理环境
rm -f crictl.tar.gz

安装完成后，立即验证crictl是否安装成功，执行以下命令，若输出版本号则说明安装正常。

bash
crictl --version

接下来配置crictl与containerd的连接，确保crictl能够正常管理containerd容器，配置完成后进行测试。

bash
# 配置crictl连接containerd
sudo crictl config runtime-endpoint unix:///run/containerd/containerd.sock
sudo crictl config image-endpoint unix:///run/containerd/containerd.sock

# 测试连接是否正常（输出一大段JSON即为正常）
sudo crictl info

六、配置Kubernetes阿里云软件源：解决密钥与404问题

由于K8s官方源在国内访问较慢，且容易出现密钥失效、404等问题，本文采用阿里云镜像源，同时导入正确格式的GPG密钥，确保软件源配置无误。

bash
# 1. 导入正确格式的GPG密钥（解决“当前不支持该文件类型”报错）
curl -fsSL https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/apt/doc/apt-key.gpg \
| sudo gpg --dearmor -o /etc/apt/trusted.gpg.d/kubernetes-aliyun.gpg

# 2. 添加K8s软件源（指定签名密钥，避免验证失败）
echo "deb [signed-by=/etc/apt/trusted.gpg.d/kubernetes-aliyun.gpg] https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/apt/ kubernetes-xenial main" \
| sudo tee /etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list

# 3. 更新源（无报错即为配置成功）
sudo apt update

软件源配置完成后，安装指定版本的K8s核心组件（kubelet、kubeadm、kubectl），并锁定版本，防止系统自动升级导致版本不兼容。

bash
# 安装指定版本的K8s核心组件（与本文K8s版本v1.28.2对应）
sudo apt install -y kubelet=1.28.2-00 kubeadm=1.28.2-00 kubectl=1.28.2-00

# 锁定版本，防止自动升级
sudo apt-mark hold kubelet kubeadm kubectl

七、预拉取阿里云镜像：避免集群初始化超时

K8s集群初始化时，需要拉取多个核心镜像，若直接从官方源拉取，国内网络环境下容易超时失败。因此，我们提前从阿里云镜像源拉取所需镜像，确保初始化过程顺利。

bash
sudo crictl pull registry.aliyuncs.com/google_containers/kube-apiserver:v1.28.2
sudo crictl pull registry.aliyuncs.com/google_containers/kube-controller-manager:v1.28.2
sudo crictl pull registry.aliyuncs.com/google_containers/kube-scheduler:v1.28.2
sudo crictl pull registry.aliyuncs.com/google_containers/etcd:3.5.9-0
sudo crictl pull registry.aliyuncs.com/google_containers/coredns:v1.10.1
sudo crictl pull registry.aliyuncs.com/google_containers/pause:3.9

八、初始化Kubernetes集群：核心操作步骤

镜像预拉取完成后，执行K8s集群初始化命令，指定APIServer的广告地址（即当前节点IP）、K8s版本和Pod网络段，使用阿里云镜像仓库避免超时。

bash
sudo kubeadm init \
  --apiserver-advertise-address=192.168.0.151 \
  --kubernetes-version=v1.28.2 \
  --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 \
  --image-repository registry.aliyuncs.com/google_containers

重要提示：初始化成功后，终端会输出一条kubeadm join命令，务必复制保存好！这条命令用于后续其他节点加入集群（单节点集群可暂时忽略，但建议保存备用）。

九、配置kubectl认证：允许普通用户访问集群

集群初始化完成后，默认只有root用户能通过kubectl访问集群，我们需要配置普通用户的认证权限，方便后续操作（无需每次都使用sudo）。

bash
# 创建kubectl配置目录
mkdir -p $HOME/.kube

# 复制集群认证文件到当前用户目录
sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config

# 授权当前用户访问配置文件
sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config
chmod 600 $HOME/.kube/config

十、安装网络插件Flannel：确保节点Ready

K8s集群初始化后，节点处于NotReady状态，原因是未安装网络插件，Pod之间无法通信。本文采用Flannel网络插件，使用国内镜像地址下载，速度更快，执行以下命令即可完成安装。

bash
# 安装Flannel网络插件（国内镜像加速，秒级下载）
kubectl apply -f https://ghproxy.net/https://raw.githubusercontent.com/flannel-io/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml

安装完成后，等待1-2分钟，Flannel插件会自动部署完成，节点状态会自动变为Ready。

十一、集群验证：确认搭建成功

完成以上所有步骤后，我们需要验证集群是否正常运行，主要检查节点状态和系统Pod状态，两者均正常则说明集群搭建成功。

bash
# 查看节点状态（显示Ready即为正常）
kubectl get nodes

# 查看系统Pod状态（全部Running即为正常）
kubectl get pods -n kube-system