Jacob 2025-05-21 07:15 广东
集群突然宕机，这可能是每个运维人最不愿面对的噩梦。
导语：深夜收到报警短信，集群突然宕机——这可能是每个运维人最不愿面对的噩梦。生产级Kubernetes集群的部署，远不是几条命令就能搞定的事情。本文将结合真实踩坑经验，从零拆解一个高可用、高安全、可自愈的Kubernetes生产环境该如何落地。
一、架构设计：你的集群能扛住“双11”吗？
1、 业务需求决定架构形态
场景案例：某电商公司大促期间API调用量暴增10倍，因未预留足够控制平面资源，导致API Server过载崩溃。
设计原则：
①计算型业务（如Web服务）：优先考虑横向扩展，使用HPA（水平扩缩容）+ Cluster Autoscaler。
②IO密集型业务（如日志处理）：选择本地SSD存储+Local PersistentVolume。
③混合负载：划分节点池（Node Pool），如gpu-worker、high-mem等。
2、高可用设计的三个致命细节
负载均衡器的隐藏陷阱：
# HAProxy配置片段示例
backend k8s-api
mode tcp
balance roundrobin
option tcp-check
tcp-check connect port 6443
tcp-check send GET /readyz HTTP/1.0\r\nHost:\ k8s-api\r\n\r\n
tcp-check expect string ok
server master1 10.0.0.1:6443 check
server master2 10.0.0.2:6443 check
server master3 10.0.0.3:6443 check
①误区：直接使用云厂商的HTTP(S)负载均衡器。
②真相：API Server需要TCP层负载均衡（如HAProxy + Keepalived），且健康检查必须配置为/readyz端点。
etcd集群的“黄金法则”：
①跨机房部署：若跨3个机房，选择5节点（机房A:2节点，机房B:2节点，机房C:1节点）避免脑裂。
②磁盘隔离：etcd节点禁止与其他服务共享磁盘，避免IO竞争导致心跳超时。
Worker节点的“冷热分区”：
①热区：运行核心服务，禁用自动伸缩，确保资源充足。
②冷区：运行批处理任务，启用Spot实例（云环境）或低优先级节点。
二、集群部署：别让工具链成为“定时炸弹”
1、 工具选型的血泪教训
kubeadm的“甜区”与“毒点”：
①适合场景：中小规模（<200节点）、标准化环境。
②致命缺陷：默认证书有效期仅1年，过期会导致集群瘫痪（某公司曾因此停机8小时）。
拯救方案：
# 证书到期前手动续期
kubeadm certs renew all
# 或使用cert-manager自动管理
helm upgrade cert-manager jetstack/cert-manager --set installCRDs=true
二进制部署的“外科手术”：
①适用场景：超大规模集群、内核定制（如调整cgroup v2参数）。
②操作示例（手动签发API Server证书）：
# 使用cfssl生成CA证书
cfssl gencert -initca ca-csr.json | cfssljson -bare ca
# 生成API Server证书（必须包含LB IP和DNS）
cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json \
-hostname=10.0.0.100,k8s-api.example.com,kubernetes.default.svc \
apiserver-csr.json | cfssljson -bare apiserver
2、网络插件的“性能暗战”
Calico vs Cilium真实压测：
①场景：某游戏公司从Calico迁移至Cilium后，网络延迟降低40%。
②选型建议：
③避坑指南：
避免在同一个集群混用多个CNI插件。
使用Cilium时需关闭kube-proxy：
helm install cilium cilium/cilium --namespace=kube-system \
--set kubeProxyReplacement=strict
三、安全加固：黑客就在你身边
1、 认证体系的“三道锁”
锁1：禁用匿名访问
# /etc/kubernetes/manifests/kube-apiserver.yaml
- --anonymous-auth=false
锁2：RBAC精细化控制
①反例：某公司开发人员误用cluster-admin角色，导致数据库被误删。
②正解：按命名空间分配权限（示例）：
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: Role
metadata:
namespace: payment
name: payment-service-role
rules:
- apiGroups: [""]
resources: ["pods", "services"]
verbs: ["get", "list"]
锁3：审计日志追踪
记录所有敏感操作（如delete、patch）：
rules:
- level: Metadata
resources:
- group: ""
resources: ["secrets"]
verbs: ["delete", "patch"]
2、运行时安全的“最后防线”
Pod安全策略（替代方案）：
Kubernetes 1.25+已弃用PSP，改用内置的Pod Security Admission：
# 命名空间级别强制隔离
apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
name: untrusted
labels:
pod-security.kubernetes.io/enforce: restricted
镜像签名验证：
使用cosign验证镜像签名：
cosign verify --key cosign.pub your-registry/app:v1
四、可观测性：让故障无处藏身
1、 监控体系的“黄金指标”
必监控项清单：
Prometheus配置技巧：
使用Recording Rules预计算复杂指标：
groups:
- name: k8s.rules
rules:
- record: cluster:apiserver_request_latency:percentile99
expr: histogram_quantile(0.99, sum(rate(apiserver_request_duration_seconds_bucket[5m])) by (le))
2、日志收集的“性能杀手”
EFK架构优化：
Fluent Bit：启用多线程Pipeline，避免日志堆积：
[]
Flush 5
Daemon Off
Log_Level info
HTTP_Server On
HTTP_Listen 0.0.0.0
HTTP_Port 2020
storage.path /var/log/flb-storage/
Elasticsearch：冷热数据分层，将旧索引迁移至低成本存储。
五、灾备与演练：宁可备而无用
1、 备份策略的“三二一原则”
3份副本：本地、跨区、离线（如磁带）。
2种形式：
①Velero：备份Kubernetes资源+PV快照。
②etcd快照：直接备份底层数据。
1小时恢复：定期演练恢复流程，确保RTO（恢复时间目标）达标。
2、 混沌工程的“破坏性测试”
模拟真实故障场景：
①案例：某公司未测试节点宕机，导致DNS服务单点故障引发全集群瘫痪。
②Chaos Mesh实验模板：
apiVersion: chaos-mesh.org/v1alpha1
kind: PodChaos
metadata:
name: kill-core-dns
spec:
action: pod-kill
mode: one
selector:
labelSelectors:
"k8s-app": "kube-dns"
gracePeriod: 0 # 立即杀死Pod
六、升级维护：稳定压倒一切
1、 滚动升级的“禁忌之舞”
跨大版本升级（如1.24→1.26）：
步骤：
①检查废弃API（如kubectl convert）。
②先升级Master节点，再升级Worker节点。
③绝对禁止跳过次要版本（如1.24→1.26需先升级到1.25）。
回滚预案：
①保留旧版本etcd快照及二进制文件。
②使用Velero备份关键命名空间。
2、日常运维的“隐形战场”
资源泄露排查：
使用kube-score检测资源配置问题：
kube-score score deployment.yaml
垃圾回收配置：
# /var/lib/kubelet/config.yaml
apiVersion: kubelet.config.k8s.io/v1beta1
kind: KubeletConfiguration
imageGCHighThresholdPercent: 85
imageGCLowThresholdPercent: 80
七、总结：没有完美的架构，只有进化的系统
生产级Kubernetes集群的搭建，就像打造一艘远洋巨轮——设计时需考虑风浪，航行中需警惕暗礁。记住，真正的稳定性不是来自某个工具，而是来自对细节的极致把控和持续的迭代优化。
作者丨Jacob
来源丨公众号：云原生运维圈（ID：cloudnativeopscircle）
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