Kubernetes（k8s）搭建指南

Kubernetes（简称 k8s）是容器编排领域的事实标准 ，也是后端、运维、云原生方向面试的核心考点。本文会从 「实操搭建（分学习 / 生产场景）」和「面试高频考点（原理 / 运维 / 故障排查）」 两个维度，系统性梳理知识，兼顾快速上手 和面试通关。

一、k8s 环境搭建（分场景选型，避坑指南）

k8s 搭建分 「学习场景」 和 「生产场景」，两者的目标和方案完全不同，面试中也会考察不同场景的选型思路。

场景 1：学习 / 本地测试环境（推荐 Minikube，零成本快速上手）

适合个人学习、本地验证 k8s 功能，无需多服务器，单台电脑即可搭建。

1. 前置条件

操作系统：Linux/macOS/Windows（Win 需开启 WSL2）
硬件：至少 2 核 CPU、4GB 内存、20GB 磁盘空间
必须开启虚拟化（BIOS 中开启 VT-x/AMD-V）

2. 安装步骤（以 Linux/macOS 为例）

（1）安装依赖工具（Docker 或 Containerd）

k8s 需要容器运行时，推荐用 Docker：

bash 复制代码

# Ubuntu 安装 Docker
sudo apt-get update && sudo apt-get install docker.io -y
sudo systemctl enable docker && sudo systemctl start docker
sudo usermod -aG docker $USER # 免 sudo 使用 Docker

（2）安装 Minikube

bash 复制代码

# 下载 Minikube 二进制包
curl -LO https://storage.googleapis.com/minikube/releases/latest/minikube-linux-amd64
sudo install minikube-linux-amd64 /usr/local/bin/minikube

# 启动 Minikube（指定 Docker 为运行时）
minikube start --driver=docker --image-mirror-country=cn # 国内镜像加速

（3）验证安装

bash 复制代码

# 查看集群状态
minikube status
# 查看节点
kubectl get nodes
# 部署测试应用
kubectl create deployment nginx --image=nginx
kubectl expose deployment nginx --port=80 --type=NodePort
minikube service nginx # 访问测试服务

3. 核心操作命令（面试常考）

bash 复制代码

minikube start # 启动集群
minikube stop # 停止集群
minikube delete # 删除集群
minikube dashboard # 打开 k8s 可视化控制台

场景 2：生产环境多节点集群（推荐 kubeadm，企业标准方案）

适合线上业务部署，需要 至少 3 台服务器 （1 主 2 从，或 3 主高可用），面试中重点考察该方案。

1. 前置条件（所有节点必须满足）

配置项	要求	原因
操作系统	CentOS 7/8、Ubuntu 20.04+	兼容性最好，官方推荐
硬件	2 核 CPU、4GB 内存、50GB 磁盘	满足 k8s 组件运行基础需求
网络	所有节点互通，禁用防火墙 / SELinux	避免端口和网络策略阻塞
内核参数	关闭 Swap 分区	k8s 要求关闭 Swap，否则会影响调度
主机名	各节点主机名唯一	避免节点识别冲突

2. 初始化所有节点（通用步骤）

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# 1. 关闭 Swap
sudo swapoff -a
sudo sed -i '/swap/s/^/#/' /etc/fstab # 永久关闭

# 2. 关闭防火墙和 SElinux
sudo systemctl stop firewalld && sudo systemctl disable firewalld
sudo setenforce 0
sudo sed -i 's/^SELINUX=enforcing$/SELINUX=permissive/' /etc/selinux/config

# 3. 配置内核参数（开启 IPVS/IPTABLES 转发）
cat <<EOF | sudo tee /etc/sysctl.d/k8s.conf
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
net.ipv4.ip_forward = 1
EOF
sudo sysctl --system

# 4. 安装容器运行时（推荐 Containerd，比 Docker 更轻量）
# 以 Ubuntu 为例
sudo apt-get install containerd -y
sudo mkdir -p /etc/containerd
containerd config default | sudo tee /etc/containerd/config.toml
sudo systemctl restart containerd && sudo systemctl enable containerd

3. 部署 k8s 集群（kubeadm 方式）

（1）安装 kubeadm、kubelet、kubectl

bash 复制代码

# 配置 k8s 源（国内用阿里云镜像）
sudo apt-get update && sudo apt-get install -y apt-transport-https ca-certificates curl
curl -fsSL https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/apt/doc/apt-key.gpg | sudo gpg --dearmor -o /etc/apt/trusted.gpg.d/kubernetes.gpg
echo "deb https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/apt/ kubernetes-xenial main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list

# 安装指定版本（面试常考：版本选择需一致）
sudo apt-get update && sudo apt-get install -y kubelet=1.28.0-00 kubeadm=1.28.0-00 kubectl=1.28.0-00
sudo apt-mark hold kubelet kubeadm kubectl # 锁定版本，防止自动更新

（2）主节点初始化

bash 复制代码

# 初始化集群（指定 Pod 网段、服务网段，国内镜像加速）
sudo kubeadm init \
  --apiserver-advertise-address=主节点IP \
  --image-repository registry.aliyuncs.com/google_containers \
  --kubernetes-version v1.28.0 \
  --service-cidr=10.96.0.0/12 \
  --pod-network-cidr=10.244.0.0/16

# 配置 kubectl 权限（普通用户可用）
mkdir -p $HOME/.kube
sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config

# 安装网络插件（必须！否则 Pod 无法通信，面试高频坑点）
# 推荐 Calico（支持网络策略）
kubectl apply -f https://docs.projectcalico.org/v3.26/manifests/calico.yaml

（3）从节点加入集群

主节点初始化完成后，会输出加入命令，直接在从节点执行：

bash 复制代码

sudo kubeadm join 主节点IP:6443 --token xxxxx.xxxxxxxxxxxx \
  --discovery-token-ca-cert-hash sha256:xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

（4）验证集群

bash 复制代码

# 查看节点状态（Ready 表示正常）
kubectl get nodes
# 查看集群组件状态
kubectl get pods -n kube-system

4. 生产环境核心优化（面试必问）

Master 高可用：至少 3 个 Master 节点，搭配 etcd 集群 + 负载均衡器（HAProxy/Nginx）
存储方案：部署 CSI 插件（如 Rook/Ceph），实现持久化存储
监控告警：部署 Prometheus + Grafana，监控集群和应用状态
日志收集：部署 ELK 或 Loki，收集 Pod 日志

二、k8s 面试高频考点（原理 + 运维 + 故障排查）

k8s 面试考察分为 「核心概念」「核心组件」「运维实操」「故障排查」「实战场景」 五大模块，结合 Java 微服务场景的问题是重中之重。

模块 1：核心概念（面试必问，基础中的基础）

1. Pod 相关

**问题 1：什么是 Pod？为什么 k8s 最小调度单位是 Pod 而非容器？**答：Pod 是 k8s 最小部署 / 调度单元，包含一个或多个容器，共享网络、存储和 PID 命名空间。原因：
- 容器间协作：比如应用容器 + 日志收集容器，共享存储更高效；
- 原子调度：Pod 内所有容器必须运行在同一节点，避免跨节点通信开销。
问题 2：Pod 的生命周期阶段有哪些？常见异常状态（CrashLoopBackOff、ImagePullBackOff）是什么原因？ 答：生命周期阶段：Pending → Running → Succeeded/Failed/Unknown。
- CrashLoopBackOff：容器启动后立即崩溃，重复重启（原因：代码错误、配置错误、资源不足）；
- ImagePullBackOff：镜像拉取失败（原因：镜像不存在、私有镜像未配置密钥、网络不通）。

2. 控制器相关

问题 1：Deployment、StatefulSet、DaemonSet、Job 的区别和适用场景？

控制器	核心特点	适用场景
Deployment	无状态服务，支持滚动更新、回滚	微服务（如 SpringBoot 应用）、Nginx
StatefulSet	有状态服务，Pod 有固定名称、有序部署 / 删除、持久化存储	MySQL 集群、ZooKeeper 集群
DaemonSet	每个节点只运行一个 Pod 副本	日志收集（Fluentd）、监控（Node Exporter）
Job	一次性任务，执行完成后退出	数据备份、批量计算

**问题 2：滚动更新和蓝绿部署的区别？k8s 如何实现？**答：
- 滚动更新：逐步替换旧 Pod，不中断服务（Deployment 默认策略），优点是无服务中断，缺点是新旧版本共存可能有兼容性问题；
- 蓝绿部署：同时部署新旧两个版本，切换流量（通过 Service 切换），优点是切换瞬间完成，缺点是资源消耗翻倍。

3. Service 相关

问题 1：Service 的作用是什么？有哪些类型？ 答：Service 解决 Pod 动态漂移的问题，通过 Label Selector 关联 Pod，提供固定访问入口。类型：
- ClusterIP：集群内访问，默认类型；
- NodePort：暴露端口到节点，集群外可访问（端口范围 30000-32767）；
- LoadBalancer：对接云厂商负载均衡器（如阿里云 SLB）；
- ExternalName：映射到外部服务（如数据库）。
问题 2：k8s 服务发现的原理是什么？CoreDNS 的作用？ 答：服务发现核心是 Service Name → ClusterIP 的解析。CoreDNS 是 k8s 内置的 DNS 服务，Pod 启动时会配置 CoreDNS 的 IP 作为 DNS 服务器，通过 服务名.命名空间.svc.cluster.local 即可访问服务。

模块 2：核心组件原理（面试高频难点）

1. k8s 核心组件架构（控制平面 + 节点组件）

控制平面（Master 节点）：负责集群管理和决策
- kube-apiserver ：集群唯一入口，提供 REST API，所有组件通过它通信（面试必问：所有操作都必须经过 apiserver，保证权限和一致性）；
- etcd ：分布式键值存储，存储集群所有状态数据（面试必问：etcd 是 k8s 的大脑，必须集群部署保证高可用）；
- kube-controller-manager：包含多种控制器（如 Deployment 控制器、Node 控制器），负责维持集群期望状态；
- kube-scheduler：负责 Pod 调度，根据节点资源、亲和性等策略选择最优节点。
节点组件（Node 节点）：负责运行 Pod
- kubelet：节点管家，监听 apiserver，管理 Pod 生命周期（启动 / 停止容器），上报节点状态；
- kube-proxy ：负责 Service 流量转发，实现 Pod 负载均衡（两种模式：iptables 或 ipvs，面试常考：ipvs 性能更高，适合高并发场景）；
- 容器运行时：如 Containerd、Docker，负责容器的创建和管理。

2. 面试高频：Pod 的创建流程（核心链路）

bash 复制代码

用户执行 kubectl create deployment → 发送请求到 apiserver → apiserver 将 Deployment 信息存入 etcd
→ controller-manager 检测到 Deployment，创建 ReplicaSet → apiserver 将 ReplicaSet 存入 etcd
→ scheduler 检测到未调度的 Pod，根据策略选择节点 → apiserver 更新 Pod 的节点信息到 etcd
→ 目标节点的 kubelet 检测到 Pod，调用容器运行时创建容器 → kubelet 上报 Pod 状态到 apiserver

模块 3：运维实操（面试手撕命令）

1. 高频 kubectl 命令（必须熟练）

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# 查看资源
kubectl get pods -n 命名空间 # 查看 Pod
kubectl get deployments # 查看 Deployment
kubectl get services # 查看 Service
kubectl get pv/pvc # 查看持久化存储

# 查看详情（故障排查必备）
kubectl describe pod <pod-name> -n 命名空间 # 查看 Pod 详细信息（重点看 Events）
kubectl logs <pod-name> -n 命名空间 # 查看 Pod 日志
kubectl exec -it <pod-name> -n 命名空间 -- /bin/bash # 进入 Pod 容器

# 资源操作
kubectl apply -f <yaml-file> # 创建/更新资源
kubectl delete -f <yaml-file> # 删除资源
kubectl scale deployment <deployment-name> --replicas=3 # 扩缩容
kubectl rollout history deployment <deployment-name> # 查看更新历史
kubectl rollout undo deployment <deployment-name> # 回滚更新

2. 配置管理（ConfigMap/Secret）

问题：ConfigMap 和 Secret 的区别？如何使用？ 答：
- ConfigMap：存储非敏感配置（如应用配置文件、环境变量）；
- Secret：存储敏感信息 （如密码、Token、证书），数据会 Base64 编码（注意：Base64 不是加密，生产需配合加密插件）。使用方式：通过 env 注入环境变量，或 volumeMounts 挂载为文件。

模块 4：故障排查（面试压轴题，考察实战能力）

1. 通用排查思路（面试必背）

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1. 查看节点状态：kubectl get nodes → 确保节点 Ready
2. 查看 Pod 状态：kubectl get pods → 定位异常 Pod
3. 查看 Pod 详情：kubectl describe pod <pod-name> → 重点看 Events 字段（如镜像拉取失败、资源不足）
4. 查看 Pod 日志：kubectl logs <pod-name> → 看应用层错误
5. 查看组件日志：如 kubelet 日志（/var/log/kubelet.log）→ 排查节点级问题

2. 常见故障及解决方案

故障现象	排查方向	解决方案
Pod 一直 Pending	1. 资源不足；2. 调度策略冲突；3. 网络插件未安装	1. 扩容节点资源；2. 检查亲和性 / 污点配置；3. 安装网络插件
Pod 一直 CrashLoopBackOff	1. 应用代码错误；2. 配置错误；3. 健康检查失败	1. 查看应用日志；2. 检查 ConfigMap 配置；3. 调整健康检查参数
Service 无法访问 Pod	1. Label Selector 不匹配；2. Pod 网络不通；3. kube-proxy 异常	1. 检查 Service 和 Pod 的 Label；2. 验证 Pod 间通信；3. 重启 kube-proxy

模块 5：实战场景（Java 微服务结合，后端面试重点）

1. 如何在 k8s 部署 SpringBoot 应用？

答：核心步骤：

编写 Dockerfile，将 SpringBoot 应用打包为镜像；
编写 Deployment YAML，指定镜像、资源限制、健康检查；
编写 Service YAML，暴露应用端口；
部署 Ingress，实现 HTTP 路由和负载均衡。

2. 如何实现微服务的灰度发布？

答：

方案 1：通过 Deployment 的 金丝雀发布，创建两个 Deployment（主版本 + 灰度版本），通过 Service 权重分配流量；
方案 2：使用 Istio 服务网格，实现更精细的流量控制（如按用户、按比例分流）。

三、面试加分项（体现技术深度）

k8s 网络模型：理解 CNI 插件（Calico/Flannel）的原理，Pod 网络的通信流程（容器间 → Pod 间 → 跨节点 Pod 间）。
持久化存储：理解 PV/PVC 的生命周期，CSI 插件的作用，StatefulSet 如何实现数据持久化。
安全机制：RBAC 权限控制（Role/ClusterRole）、PodSecurityPolicy、镜像仓库认证。
云原生生态：了解 k8s 周边工具（如 Helm 包管理、Prometheus 监控、ArgoCD 持续部署）。

四、核心总结

搭建层面：学习用 Minikube，生产用 kubeadm，重点关注网络插件和高可用；
面试层面：核心概念是基础，组件原理是难点，故障排查是亮点，结合 Java 微服务是加分项；
学习建议：先实操部署应用，再深入原理，多做故障排查练习。