📚 课程目录第3章集群初始化

3. 集群初始化：使用 kind 创建 3 个 Kubernetes 集群（dev、staging、prod），配置 Ingress Controller

在版本漂移校准项目中，我们需要三个独立的 Kubernetes 集群来模拟不同环境（开发、预发布、生产）下的部署与流量管理。本章将使用 kind（Kubernetes in Docker）在本地快速创建这三个集群，并为每个集群安装 Ingress NGINX Controller，为后续的多集群流量调度与版本漂移检测奠定基础。

3.1 环境准备与工具安装

在开始之前，请确保本地已安装以下工具：

工具	最低版本	用途
Docker	20.10+	提供容器运行时，kind 依赖 Docker 运行节点
kind	v0.20+	在 Docker 容器中创建 Kubernetes 集群
kubectl	v1.28+	与 Kubernetes 集群交互
Helm	v3.12+	安装 Ingress Controller（可选，也可用 kubectl apply）

💡 提示： 如果使用 macOS 或 Linux，推荐通过 Homebrew 安装：brew install kind kubectl helm。Windows 用户可使用 Chocolatey 或直接下载二进制文件。

3.2 创建三个集群的配置文件

kind 支持通过 YAML 配置文件定义集群的节点数量、端口映射、版本等参数。为了模拟真实环境，我们为每个集群创建独立的配置文件，并暴露 Ingress 所需的 80/443 端口。

dev-cluster-config.yaml

kind: Cluster
apiVersion: kind.x-k8s.io/v1alpha4
name: dev
nodes:
- role: control-plane
  extraPortMappings:
  - containerPort: 80
    hostPort: 8080
    protocol: TCP
  - containerPort: 443
    hostPort: 8443
    protocol: TCP

staging-cluster-config.yaml

kind: Cluster
apiVersion: kind.x-k8s.io/v1alpha4
name: staging
nodes:
- role: control-plane
  extraPortMappings:
  - containerPort: 80
    hostPort: 8081
    protocol: TCP
  - containerPort: 443
    hostPort: 8444
    protocol: TCP

prod-cluster-config.yaml

kind: Cluster
apiVersion: kind.x-k8s.io/v1alpha4
name: prod
nodes:
- role: control-plane
  extraPortMappings:
  - containerPort: 80
    hostPort: 8082
    protocol: TCP
  - containerPort: 443
    hostPort: 8445
    protocol: TCP

  📌 关键点： 每个集群使用不同的 hostPort（8080/8443、8081/8444、8082/8445），避免本地端口冲突。生产环境建议使用负载均衡器或云原生 LB，但本地测试中端口映射是最直接的方式。

3.3 初始化集群

使用 kind 的 create cluster 命令，分别加载上述配置文件：

# 创建 dev 集群
kind create cluster --config dev-cluster-config.yaml

# 创建 staging 集群
kind create cluster --config staging-cluster-config.yaml

# 创建 prod 集群
kind create cluster --config prod-cluster-config.yaml

每个集群创建过程约 2-3 分钟，kind 会自动拉取节点镜像、启动控制平面组件。创建完成后，使用 kind get clusters 验证：

kind get clusters
# 输出示例：
# dev
# staging
# prod

切换上下文到不同集群：

kubectl cluster-info --context kind-dev
kubectl cluster-info --context kind-staging
kubectl cluster-info --context kind-prod

3.4 集群架构概览

下图展示了三个 kind 集群在本地 Docker 环境中的部署架构，以及 Ingress Controller 的端口映射关系：

3.5 安装 Ingress Controller

每个集群都需要安装 Ingress Controller 才能处理外部流量。我们使用 Ingress NGINX 官方 Helm Chart 进行安装，确保版本一致。

步骤 1：添加 Helm 仓库

helm repo add ingress-nginx https://kubernetes.github.io/ingress-nginx
helm repo update

步骤 2：为每个集群安装 Ingress Controller

切换上下文后分别执行：

# 安装到 dev 集群
kubectl config use-context kind-dev
helm install ingress-nginx ingress-nginx/ingress-nginx \
  --namespace ingress-nginx --create-namespace \
  --set controller.service.type=NodePort \
  --set controller.service.nodePorts.http=30080 \
  --set controller.service.nodePorts.https=30443

# 安装到 staging 集群
kubectl config use-context kind-staging
helm install ingress-nginx ingress-nginx/ingress-nginx \
  --namespace ingress-nginx --create-namespace \
  --set controller.service.type=NodePort \
  --set controller.service.nodePorts.http=30081 \
  --set controller.service.nodePorts.https=30444

# 安装到 prod 集群
kubectl config use-context kind-prod
helm install ingress-nginx ingress-nginx/ingress-nginx \
  --namespace ingress-nginx --create-namespace \
  --set controller.service.type=NodePort \
  --set controller.service.nodePorts.http=30082 \
  --set controller.service.nodePorts.https=30445

⚠️ 注意： 由于 kind 集群的节点容器内部端口映射已配置 80/443 → hostPort，这里 Ingress Controller 的 Service 使用 NodePort 类型并指定 30080-30082 等端口，避免与集群内其他服务冲突。生产环境通常使用 LoadBalancer 类型。

步骤 3：验证安装

检查每个集群的 Ingress Controller Pod 是否正常运行：

kubectl get pods -n ingress-nginx --context kind-dev
kubectl get pods -n ingress-nginx --context kind-staging
kubectl get pods -n ingress-nginx --context kind-prod

预期输出类似：

NAME                                        READY   STATUS    RESTARTS   AGE
ingress-nginx-controller-7c8b7c5b9d-abc12   1/1     Running   0          2m

3.6 集群与 Ingress 配置清单

下表汇总了三个集群的关键配置参数，方便后续操作时快速查阅：

集群名称	kind 上下文	API Server 端口	Ingress HTTP 端口 (host)	Ingress HTTPS 端口 (host)	NodePort HTTP	NodePort HTTPS
dev	kind-dev	6443 (默认)	8080	8443	30080	30443
staging	kind-staging	6443 (默认)	8081	8444	30081	30444
prod	kind-prod	6443 (默认)	8082	8445	30082	30445

3.7 快速验证 Ingress 是否正常工作

创建一个简单的测试 Deployment 和 Ingress 资源，验证流量能否到达集群内部：

kubectl config use-context kind-dev

# 创建测试应用
kubectl create deployment test-app --image=nginx:alpine
kubectl expose deployment test-app --port=80

# 创建 Ingress 规则
kubectl apply -f - <<EOF
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: test-ingress
spec:
  ingressClassName: nginx
  rules:
  - host: dev.local
    http:
      paths:
      - path: /
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: test-app
            port:
              number: 80
EOF

# 测试访问（需要配置 hosts 或使用 curl --resolve）
curl -H "Host: dev.local" http://localhost:8080

如果返回 nginx 默认页面，说明 Ingress Controller 配置成功，流量已正确路由到集群内的 Pod。

  ✅ 检查清单：
  三个集群均已创建且 kubectl 上下文可切换
每个集群的 Ingress Controller Pod 处于 Running 状态
通过 hostPort 映射的端口可访问集群内服务
Ingress 规则生效，能够按 Host 头路由流量

3.8 清理与重置（可选）

如果后续需要重新初始化，可使用以下命令删除集群：

kind delete cluster --name dev
kind delete cluster --name staging
kind delete cluster --name prod

删除后，Docker 容器和相关的网络资源会被自动清理，不会留下残留。