从零搭建一个单节点 K8S 可观测实验室（二）：安装单节点 Kubernetes

明王明王

333人浏览 · 2026-07-11 21:53:27

明王明王 · 2026-07-11 21:53:27 发布

上一篇我们已经在 VirtualBox 里安装好了 Ubuntu 24.04 Server，并通过 SSH 连接到了这台虚拟机。

这一篇开始进入核心部分：在 Ubuntu 24.04 上安装一个单节点 Kubernetes 集群。

这套环境仍然是个人实验室定位，不追求生产级高可用，也不追求复杂架构。目标是先把一个可以反复实验的 Kubernetes 单节点环境跑起来，为后续 Prometheus、Grafana、Loki、Tempo、OpenTelemetry、CI/CD 等内容打基础。

一、这一篇要完成什么？

这一篇主要完成几件事：

Ubuntu 24.04 Server
  -> 安装 Docker Engine
  -> 配置 Linux 内核网络参数
  -> 安装 kubeadm / kubelet / kubectl
  -> 安装 cri-dockerd
  -> 使用 kubeadm 初始化单节点 Kubernetes
  -> 安装 Flannel Pod 网络
  -> 让单节点同时承担控制平面和工作负载

最终目标是执行下面命令时，能看到节点状态为 Ready：

kubectl get nodes

并且所有 Kubernetes 系统 Pod 都正常运行：

kubectl get pods -A

二、为什么这里选择 Docker + cri-dockerd？

现在更常见、更标准的 Kubernetes 安装方式，是直接使用 containerd 作为容器运行时。

不过这次实验室里，我还是选择了 Docker Engine + cri-dockerd 这条路线，主要有几个原因。

第一，Docker 对很多人来说更熟悉。后续无论是构建镜像、查看镜像，还是做一些本地实验，Docker 命令都比较直观。

第二，这个系列是个人实验室，不是生产环境。这里的重点是把 Kubernetes、可观测、CI/CD 等内容串起来，而不是一开始就在运行时选择上追求最简洁或最标准。

第三，Kubernetes 从 1.24 开始已经移除了内置 dockershim，所以 kubelet 不能再直接把 Docker Engine 当成 CRI 运行时使用。如果仍然想用 Docker Engine，就需要额外安装 cri-dockerd，由它在 kubelet 和 Docker Engine 之间做一层适配。

也就是说，这里的关系大致是：

kubelet
  -> CRI
    -> cri-dockerd
      -> Docker Engine
        -> containerd / runc

如果你不想走 Docker 这条路线，也可以直接使用 containerd。那样会少一个 cri-dockerd 组件，但 Docker 命令使用体验会不一样。

本文先按我实际走过的 Docker + cri-dockerd 方案记录。

三、安装 Docker Engine

1. 添加 Docker 官方 apt 仓库

先更新 apt 索引，并安装基础工具：

sudo apt update
sudo apt install -y ca-certificates curl

创建 apt keyring 目录：

sudo install -m 0755 -d /etc/apt/keyrings

下载 Docker 官方 GPG key：

sudo curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg -o /etc/apt/keyrings/docker.asc

设置 key 文件权限：

sudo chmod a+r /etc/apt/keyrings/docker.asc

添加 Docker apt 源：

sudo tee /etc/apt/sources.list.d/docker.sources <<EOF
Types: deb
URIs: https://download.docker.com/linux/ubuntu
Suites: $(. /etc/os-release && echo "${UBUNTU_CODENAME:-$VERSION_CODENAME}")
Components: stable
Architectures: $(dpkg --print-architecture)
Signed-By: /etc/apt/keyrings/docker.asc
EOF

再次更新 apt 索引：

sudo apt update

2. 安装 Docker 相关组件

安装 Docker Engine、Docker CLI、containerd 以及常用插件：

sudo apt install -y docker-ce docker-ce-cli containerd.io docker-buildx-plugin docker-compose-plugin

安装完成后，可以查看 Docker 服务状态：

systemctl status docker

也可以执行：

sudo docker version

如果能正常显示 Docker Client 和 Server 信息，说明 Docker 已经安装成功。

四、配置 Docker

1. 配置 cgroup driver 和日志大小

Kubernetes 里推荐让容器运行时和 kubelet 使用一致的 cgroup driver。这里把 Docker 的 cgroup driver 设置为 systemd。

创建 Docker 配置目录：

sudo mkdir -p /etc/docker

写入 Docker daemon 配置：

sudo tee /etc/docker/daemon.json <<EOF
{
  "exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"],
  "log-driver": "json-file",
  "log-opts": {
    "max-size": "100m"
  }
}
EOF

这里顺手限制了 Docker 容器日志文件大小，避免后面实验过程中日志无限增长。

2. 可选：给 Docker 配置 HTTP 代理

如果你的网络环境需要代理访问 Docker Hub 或其他镜像源，可以给 Docker 服务配置代理。

创建 systemd drop-in 目录：

sudo mkdir -p /etc/systemd/system/docker.service.d

配置 HTTP 代理：

sudo vi /etc/systemd/system/docker.service.d/http-proxy.conf

写入：

[Service]
Environment="HTTP_PROXY=http://proxy_ip_address:proxy_port"
Environment="NO_PROXY=127.0.0.1,localhost,10.96.0.0/12,10.244.0.0/16,192.168.56.0/24,192.168.31.0/24"

配置 HTTPS 代理：

sudo vi /etc/systemd/system/docker.service.d/https-proxy.conf

写入：

[Service]
Environment="HTTPS_PROXY=http://proxy_ip_address:proxy_port"
Environment="NO_PROXY=127.0.0.1,localhost,10.96.0.0/12,10.244.0.0/16,192.168.56.0/24,192.168.31.0/24"

其中：

10.96.0.0/12

是后面 Kubernetes 默认 Service 网段。

10.244.0.0/16

是本文后面 Flannel 使用的 Pod 网段。

192.168.56.0/24

是 VirtualBox Host-Only 网络常见网段。

192.168.31.0/24

是我这里局域网网段示例。你的环境如果不是这个网段，可以按实际情况修改。

代理地址也要按自己的情况替换，例如：

http://192.168.31.49:7890

如果你不需要代理，可以跳过这一小节。

3. 重启 Docker 服务

配置完成后，重新加载 systemd 配置：

sudo systemctl daemon-reload

设置 Docker 开机自启：

sudo systemctl enable docker

重启 Docker：

sudo systemctl restart docker

查看 Docker 状态：

systemctl status docker

如果状态是 active (running)，说明 Docker 服务正常。

五、打开 Kubernetes 需要的内核网络参数

Kubernetes 网络需要 Linux 内核支持转发和桥接流量处理。这里按 kubeadm 常见要求配置 overlay、br_netfilter 和 sysctl 参数。

1. 加载内核模块

写入模块配置：

sudo tee /etc/modules-load.d/k8s.conf <<EOF
overlay
br_netfilter
EOF

立即加载模块：

sudo modprobe overlay
sudo modprobe br_netfilter

检查模块是否加载：

lsmod | grep -E 'overlay|br_netfilter'

2. 配置 sysctl 参数

写入 Kubernetes 所需网络参数：

sudo tee /etc/sysctl.d/k8s.conf <<EOF
net.bridge.bridge-nf-call-iptables  = 1
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.ipv4.ip_forward                 = 1
EOF

立即生效：

sudo sysctl --system

可以检查 IP 转发是否打开：

sysctl net.ipv4.ip_forward

正常应该看到：

net.ipv4.ip_forward = 1

这一步很重要。否则后面 Pod 网络、Service 转发等可能出现各种奇怪问题。

六、安装 kubeadm、kubelet、kubectl

接下来安装 Kubernetes 三个核心工具：

kubeadm：用于初始化和管理 Kubernetes 集群
kubelet：运行在每个节点上的核心 Agent
kubectl：命令行客户端，用于操作 Kubernetes 集群

本文使用 Kubernetes v1.36 版本仓库。

1. 安装基础依赖

sudo apt-get update
sudo apt-get install -y apt-transport-https ca-certificates curl gnupg

如果系统提示 apt-transport-https 是 dummy package，也没关系，继续即可。

2. 添加 Kubernetes v1.36 apt key

确保 keyring 目录存在：

sudo mkdir -p -m 755 /etc/apt/keyrings

下载 Kubernetes 仓库签名 key：

curl -fsSL https://pkgs.k8s.io/core:/stable:/v1.36/deb/Release.key | sudo gpg --dearmor -o /etc/apt/keyrings/kubernetes-apt-keyring.gpg

设置权限：

sudo chmod 644 /etc/apt/keyrings/kubernetes-apt-keyring.gpg

3. 添加 Kubernetes v1.36 apt 仓库

echo 'deb [signed-by=/etc/apt/keyrings/kubernetes-apt-keyring.gpg] https://pkgs.k8s.io/core:/stable:/v1.36/deb/ /' | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list

设置权限：

sudo chmod 644 /etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list

更新 apt 索引：

sudo apt-get update

4. 查看可安装版本

安装之前，可以先看看 apt 仓库里有哪些版本：

apt-cache policy kubeadm
apt-cache policy kubelet
apt-cache policy kubectl

这里可以确认将要安装的具体 patch 版本。

比如我这里后面使用的是：

Kubernetes 1.36.2

你的环境中可能会显示不同 patch 版本。只要是同一个小版本分支，一般问题不大。

5. 安装 kubeadm、kubelet、kubectl

sudo apt-get install -y kubelet kubeadm kubectl

安装完成后，锁定版本，避免后续 apt upgrade 时自动升级导致集群组件版本变化：

sudo apt-mark hold kubelet kubeadm kubectl

查看版本：

kubeadm version
kubectl version --client
kubelet --version

七、关闭 swap

Kubernetes 默认要求关闭 swap。否则 kubelet 可能无法正常工作，或者需要额外配置才能允许 swap。

先立即关闭 swap：

sudo swapoff -a

查看是否已经关闭：

free -h

如果 Swap 显示为 0，说明当前已经关闭。

1. 修改 fstab，避免重启后 swap 再次启用

先备份 /etc/fstab：

sudo cp /etc/fstab $HOME/fstab.backup.$(date +%F)

编辑 /etc/fstab：

sudo vi /etc/fstab

找到类似下面这一行：

/swap.img       none    swap    sw      0       0

把它注释掉：

#/swap.img       none    swap    sw      0       0

保存退出。

2. 可选：删除 swap 文件

如果确认后续不再使用 swap，可以删除 swap 文件：

sudo rm -f /swap.img

再次检查：

free -h

八、启用 kubelet 服务

可以先设置 kubelet 开机自启：

sudo systemctl enable --now kubelet

这时 kubelet 可能还不是正常运行状态，这很正常。

因为集群还没有通过 kubeadm 初始化，kubelet 暂时还没有完整配置。后面 kubeadm init 完成后，它才会真正进入正常状态。

九、安装 cri-dockerd

前面已经安装了 Docker Engine，但 Kubernetes v1.36 的 kubelet 不能直接通过内置 dockershim 使用 Docker Engine。

所以这里需要安装 cri-dockerd。

1. 下载 cri-dockerd deb 包

到 cri-dockerd 的 GitHub Releases 页面选择适合自己系统和架构的 deb 包。

我这里使用的是 amd64 架构，示例命令如下：

wget https://github.com/Mirantis/cri-dockerd/releases/download/v0.4.4/cri-dockerd_0.4.4.3-0.debian-bookworm_amd64.deb

注意：这里的版本号和包名以实际 Releases 页面为准。你操作时如果已经有更新版本，可以选择对应的新版本。

2. 安装 cri-dockerd

sudo dpkg -i cri-dockerd_*.deb

如果安装过程中提示缺少依赖，可以执行：

sudo apt -f install

然后再确认安装状态。

3. 启动 cri-docker 服务

重新加载 systemd：

sudo systemctl daemon-reload

设置开机自启：

sudo systemctl enable cri-docker

重启服务：

sudo systemctl restart cri-docker

查看服务状态：

systemctl status cri-docker

如果看到 active (running)，说明 cri-dockerd 已经正常运行。

4. 确认 CRI socket

后面 kubeadm 需要使用这个 socket：

unix:///var/run/cri-dockerd.sock

可以查看 socket 文件是否存在：

ls -l /var/run/cri-dockerd.sock

十、提前拉取 Kubernetes 镜像

在初始化集群之前，可以先让 kubeadm 拉取所需镜像。

因为我们使用 Docker + cri-dockerd，所以这里显式指定 CRI socket：

sudo kubeadm config images pull --cri-socket=unix:///var/run/cri-dockerd.sock

如果你的网络需要代理，这一步可能会比较慢，甚至失败。

这时可以检查：

systemctl show --property=Environment docker

确认 Docker 服务代理是否配置成功。

十一、生成 kubeadm 初始化配置

接下来生成 kubeadm 默认配置：

kubeadm config print init-defaults > kubeadm.conf

编辑配置文件：

vi kubeadm.conf

这里主要调整几个地方。

1. 配置 criSocket

找到 nodeRegistration 部分，确保 criSocket 指向 cri-dockerd：

nodeRegistration:
  criSocket: unix:///var/run/cri-dockerd.sock
  name: vbox-ubuntu24-server

name 建议和你上一章安装 Ubuntu 时配置的主机名保持一致。

可以用下面命令查看当前主机名：

hostname

2. 配置 Kubernetes 版本

找到：

kubernetesVersion:

改成当前实际安装的 Kubernetes 版本，例如：

kubernetesVersion: 1.36.2

版本号可以通过下面命令确认：

kubeadm version

如果你的环境显示的是其他 patch 版本，就按自己的实际版本填写。

3. 配置 Pod 网段

后面我们会使用 Flannel。Flannel 默认常用 Pod 网段是：

10.244.0.0/16

所以需要在 networking 部分加上或修改为：

networking:
  dnsDomain: cluster.local
  serviceSubnet: 10.96.0.0/12
  podSubnet: 10.244.0.0/16

这里：

serviceSubnet: 10.96.0.0/12

是 Kubernetes Service 网段。

podSubnet: 10.244.0.0/16

是 Pod 网络网段，后面 Flannel 会用到。

4. 配置 advertiseAddress

配置文件里会有类似：

localAPIEndpoint:
  advertiseAddress: 1.2.3.4
  bindPort: 6443

这里可以改成当前节点的管理 IP。

如果你希望使用 VirtualBox Host-Only 网络作为管理地址，可以填第一篇里查到的 Host-Only IP，例如：

localAPIEndpoint:
  advertiseAddress: 192.168.56.103
  bindPort: 6443

我实操过程中也尝试过使用：

advertiseAddress: 0.0.0.0

单节点实验环境可以跑起来，但从表达和后续理解上，写成一个明确的节点 IP 会更直观。

所以更建议使用你自己的 Host-Only IP。

5. 配置文件示例

最终关键配置大致类似下面这样：

localAPIEndpoint:
  advertiseAddress: 192.168.56.103
  bindPort: 6443

nodeRegistration:
  criSocket: unix:///var/run/cri-dockerd.sock
  name: vbox-ubuntu24-server

kubernetesVersion: 1.36.2

networking:
  dnsDomain: cluster.local
  serviceSubnet: 10.96.0.0/12
  podSubnet: 10.244.0.0/16

注意：不要只复制这一小段覆盖整个文件。建议在 kubeadm config print init-defaults 生成的完整文件里修改对应字段。

十二、使用 kubeadm 初始化集群

确认配置文件无误后，执行：

sudo kubeadm init --config kubeadm.conf

如果之前初始化失败过，可以先执行：

sudo kubeadm reset

然后再重新初始化。

初始化成功后，会看到类似输出：

Your Kubernetes control-plane has initialized successfully!

并且 kubeadm 会提示你执行下面几行命令：

mkdir -p $HOME/.kube
sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config

后面还会提示你安装 Pod 网络插件，并给出 worker node 加入集群用的 kubeadm join 命令。

由于我们这里是单节点实验室，暂时不需要关心 worker node 的 join 命令。

十三、配置 kubectl

按 kubeadm 提示，初始化当前用户的 kubeconfig：

mkdir -p $HOME/.kube

复制 admin 配置：

sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config

修改文件属主：

sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config

这时可以试一下：

kubectl get nodes

此时节点可能还是：

NotReady

这是正常的，因为 Pod 网络插件还没有安装。

十四、安装 Flannel Pod 网络

Kubernetes 初始化完成后，还需要安装 CNI 网络插件。这里选择 Flannel，原因是简单、轻量、适合单节点实验环境。

1. 下载 Flannel 配置文件

wget https://github.com/flannel-io/flannel/releases/latest/download/kube-flannel.yml

如果前面 kubeadm 配置里的 Pod 网段使用的是：

10.244.0.0/16

通常可以直接使用这个 Flannel 配置文件。

2. 部署 Flannel

kubectl apply -f kube-flannel.yml

部署后，可以查看所有 namespace 下的 Pod：

kubectl get pods -A

刚开始可能会看到一些 Pod 处于 Pending、ContainerCreating 或 Init 状态。等一会儿再看即可。

可以用下面命令持续观察：

watch kubectl get pods -A

十五、让控制平面节点也能运行普通 Pod

默认情况下，kubeadm 初始化出来的控制平面节点会带有 taint，普通业务 Pod 不会被调度到这个节点上。

但我们这是单节点实验室，只有一个节点。如果不去掉 taint，后面很多 Pod 会一直 Pending。

执行：

kubectl taint nodes --all node-role.kubernetes.io/control-plane-

如果提示 taint not found，也不用紧张，说明当前节点上可能已经没有这个 taint，或者版本行为有所变化。

查看节点信息：

kubectl describe node vbox-ubuntu24-server | grep -i taint -A2

如果看到：

Taints: <none>

说明普通 Pod 可以调度到这个节点。

十六、检查集群状态

1. 查看 Pod 状态

kubectl get pods -A

正常情况下，会看到类似这些组件：

kube-system   coredns-xxx
kube-system   etcd-vbox-ubuntu24-server
kube-system   kube-apiserver-vbox-ubuntu24-server
kube-system   kube-controller-manager-vbox-ubuntu24-server
kube-system   kube-proxy-xxx
kube-system   kube-scheduler-vbox-ubuntu24-server
kube-flannel  kube-flannel-ds-xxx

等待它们都变成 Running。

2. 查看节点状态

kubectl get nodes

最终希望看到类似：

NAME                   STATUS   ROLES           AGE   VERSION
vbox-ubuntu24-server   Ready    control-plane   10m   v1.36.2

看到 Ready，说明这个单节点 Kubernetes 集群已经跑起来了。

十七、做一个最小验证

为了确认集群能正常调度 Pod，可以创建一个 nginx 测试 Pod。

kubectl create deployment nginx --image=nginx

查看 Pod：

kubectl get pods

等到 Pod 变成 Running。

再暴露一个 NodePort 服务：

kubectl expose deployment nginx --port=80 --type=NodePort

查看服务：

kubectl get svc

会看到类似：

NAME         TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1       <none>        443/TCP        ...
nginx        NodePort    10.96.x.x       <none>        80:30xxx/TCP   ...

其中 30xxx 就是 NodePort 端口。

可以在 Ubuntu 虚拟机里访问：

curl http://127.0.0.1:30xxx

也可以在 Windows 宿主机上，通过 Host-Only IP 访问：

http://192.168.56.103:30xxx

如果能看到 nginx 欢迎页，说明 Pod 调度、Service 暴露和基础网络都已经正常。

测试完成后，可以删除 nginx：

kubectl delete svc nginx
kubectl delete deployment nginx

十八、这一篇完成了什么？

到这里，单节点 Kubernetes 环境已经安装完成。

这一篇我们完成了：

安装 Docker Engine
配置 Docker cgroup driver 和日志限制
可选配置 Docker HTTP/HTTPS 代理
打开 Kubernetes 所需内核模块和 sysctl 参数
安装 kubeadm、kubelet、kubectl
关闭 swap
安装 cri-dockerd
使用 kubeadm 初始化 Kubernetes 控制平面
安装 Flannel Pod 网络
去掉控制平面节点 taint，让单节点可以运行普通工作负载
验证节点和系统 Pod 状态
用 nginx 做了最小可用性验证

现在，这台 Ubuntu 24.04 虚拟机已经从一台普通 Linux Server，变成了一个可以继续扩展的单节点 Kubernetes 实验环境。

下一篇开始，就可以在这个 Kubernetes 集群上安装 Prometheus + Grafana，开始观察集群指标。

参考资料

本文基于个人实验环境整理，具体版本和命令可能会随官方文档更新而变化。实际操作时建议结合以上官方资料确认最新安装方式。

https://edu.csdn.net/learn/39067/627173?utm_source=2019755004

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