Ubuntu Kubernetes 集群如何扩展

Ubuntu Kubernetes 集群扩展指南

一 扩展方式总览

• 水平扩展：增加工作节点（Worker）以提升集群可调度容量与整体吞吐。
• 控制平面扩展：新增控制平面节点（Master）提升高可用与容灾能力。
• 工作负载扩展：通过 HPA/VPA/Cluster Autoscaler 自动或手动调整应用副本数与节点规模。

二 准备新节点与基础检查

• 系统要求：建议使用 Ubuntu 20.04/22.04，内核参数与容器运行时一致，确保与现有节点网络互通。
• 基础配置：
  • 关闭 swap：sudo swapoff -a 并在 /etc/fstab 中注释 swap 行。
  • 主机名与解析：设置唯一 hostname，并在所有节点维护一致的 /etc/hosts 或使用 DNS。
  • 时间同步：启用 NTP/chrony，避免证书与调度异常。
  • 防火墙放行（示例以 UFW 为例，端口按实际 CNI/Service 调整）：
    • SSH：sudo ufw allow 22/tcp
    • Kubelet API：sudo ufw allow 10250/tcp
    • NodePort：sudo ufw allow 30000:32767/tcp
    • Calico BGP：179/tcp；Typha：5473/tcp；VXLAN：4789/udp
• 安装组件：在新节点安装与集群版本一致的 containerd/kubelet/kubeadm（保持与控制面一致）。

三 使用 kubeadm 增加工作节点

• 在控制面节点生成加入命令（若 token 过期可重建）：
  • kubeadm token create --print-join-command
• 在新节点执行输出的 kubeadm join 命令，加入成功后返回控制面查看：
  • kubectl get nodes -o wide
• 验证要点：新节点状态为 Ready，容器运行时与 kubelet 版本匹配，网络插件已覆盖新节点。

四 扩展控制平面高可用

• 前提：初始引导需配置 controlPlaneEndpoint（VIP 或 DNS:端口），并在 ClusterConfiguration 中设置 certSANs 包含所有控制面与可能的节点名称/IP，以便证书与 API 访问正确签发与校验。
• 新增控制面节点步骤：
  • 安装同版本组件并准备 kubeconfig/cert 目录。
  • 使用带 --upload-certs 的 kubeadm init 输出或 kubeadm join ... --control-plane --certificate-key <key> 加入为控制面节点。
  • 加入后执行 kubectl get nodes 与 kubectl get pods -n kube-system，确认 kube-apiserver/etcd/controller-manager/scheduler 就绪。
• 提示：若早期未设置 controlPlaneEndpoint/certSANs，需按实际拓扑重新生成并分发证书后再扩容控制面。

五 工作负载与集群自动扩展

• 应用副本扩展（HPA）：
  • 示例（CPU 50% 阈值，副本 1–10）：

    apiVersion: autoscaling/v2
    kind: HorizontalPodAutoscaler
    metadata:
      name: my-app-hpa
    spec:
      scaleTargetRef:
        apiVersion: apps/v1
        kind: Deployment
        name: my-app
      minReplicas: 1
      maxReplicas: 10
      metrics:
      - type: Resource
        resource:
          name: cpu
          targetAverageUtilization: 50
    

  • 应用：kubectl apply -f hpa.yaml
• 节点自动扩缩（Cluster Autoscaler）：
  • 部署与云厂商对接的 ClusterAutoscaler，为节点池配置最小/最大节点数与扩缩策略，实现按需新增或回收节点。
• 垂直扩缩（VPA）：
  • 适用于单实例资源优化，结合 HPA 谨慎使用，避免与资源请求/限制冲突。
• 调度与污点容忍：
  • 为新节点打标签并配置 nodeSelector/污点容忍，将特定负载调度到新节点或专用节点池。