3. 环境准备：Kubernetes 集群搭建与仓库配置

在开始 Flux CD 的 GitOps 实践之前，必须准备好底层运行环境。本章将指导你完成三个核心步骤：搭建轻量级 Kubernetes 集群、安装配置 kubectl 命令行工具、以及准备 Git 仓库（GitHub/GitLab）。这些是后续所有流水线操作的基础设施。

3.1 环境概览与组件关系

下图展示了本课程实验环境的整体架构，以及各组件之间的协作关系：

3.2 Kubernetes 集群搭建

本课程推荐两种轻量级 Kubernetes 发行版：Minikube（适合本地开发）和 K3s（适合资源受限环境）。选择依据如下：

特性	Minikube	K3s
适用场景	本地开发、单节点测试	边缘计算、CI/CD 环境、生产边缘
资源占用	中等（2GB+ 内存）	低（512MB 内存即可运行）
安装复杂度	简单（二进制或包管理器）	简单（单文件安装）
默认驱动	Docker / VirtualBox / Hyper-V	containerd（内置）
Flux 兼容性	完全兼容	完全兼容

3.2.1 使用 Minikube 搭建集群

Minikube 是 Kubernetes 官方维护的本地集群工具，适合在个人电脑上快速启动一个单节点集群。

安装步骤：

1. 下载 Minikube 二进制文件并赋予执行权限。
2. 启动集群，指定资源配额和 Kubernetes 版本。
3. 验证集群状态。

# 下载 Minikube（Linux/macOS）
curl -LO https://storage.googleapis.com/minikube/releases/latest/minikube-linux-amd64
sudo install minikube-linux-amd64 /usr/local/bin/minikube

# 启动集群（推荐分配 2 核 CPU、4GB 内存）
minikube start --cpus=2 --memory=4096 --kubernetes-version=v1.28.0

# 检查集群状态
minikube status

# 查看节点信息
kubectl get nodes

3.2.2 使用 K3s 搭建集群

K3s 是 Rancher 推出的轻量级 Kubernetes 发行版，二进制文件仅约 60MB，非常适合在虚拟机或 CI 环境中快速部署。

# 一键安装 K3s（Server 模式）
curl -sfL https://get.k3s.io | sh -

# 检查 K3s 服务状态
sudo systemctl status k3s

# 获取 kubeconfig 文件（默认路径）
sudo cat /etc/rancher/k3s/k3s.yaml

# 使用 kubectl 访问集群（需配置 KUBECONFIG 环境变量）
export KUBECONFIG=/etc/rancher/k3s/k3s.yaml
kubectl get nodes

3.3 kubectl 安装与配置

kubectl 是 Kubernetes 的命令行工具，用于与集群进行交互。无论使用哪种集群方案，都需要正确安装并配置 kubectl。

3.3.1 安装 kubectl

# Linux（使用 curl 下载最新稳定版）
curl -LO "https://dl.k8s.io/release/$(curl -L -s https://dl.k8s.io/release/stable.txt)/bin/linux/amd64/kubectl"
chmod +x kubectl
sudo mv kubectl /usr/local/bin/

# macOS（使用 Homebrew）
brew install kubectl

# Windows（使用 Chocolatey）
choco install kubernetes-cli

3.3.2 配置 kubeconfig

kubectl 通过 ~/.kube/config 文件连接集群。Minikube 和 K3s 会自动生成该文件，但有时需要手动合并或切换上下文。

# 查看当前上下文
kubectl config current-context

# 列出所有上下文
kubectl config get-contexts

# 切换上下文（例如从 minikube 切换到 k3s）
kubectl config use-context k3s

# 验证集群连接
kubectl cluster-info

命令	用途	示例输出
kubectl version --client	查看客户端版本	Client Version: v1.28.0
kubectl get nodes	查看集群节点状态	NAME  STATUS  ROLES  AGE  VERSION
kubectl get pods -A	查看所有命名空间的 Pod	NAMESPACE  NAME  READY  STATUS

3.4 Git 仓库准备

GitOps 的核心是将 Git 仓库作为声明式配置的单一事实来源。你需要准备一个 GitHub 或 GitLab 仓库，用于存放 Kubernetes 清单文件和 Flux 配置。

3.4.1 仓库结构设计

推荐采用 环境目录 + 应用目录 的层次结构，便于 Flux 按环境同步：

gitops-repo/
├── clusters/
│   ├── production/
│   │   ├── flux-system/        # Flux 自身组件
│   │   └── apps/               # 生产环境应用
│   └── staging/
│       ├── flux-system/
│       └── apps/
├── apps/
│   ├── nginx/
│   │   ├── deployment.yaml
│   │   └── service.yaml
│   └── redis/
│       ├── deployment.yaml
│       └── service.yaml
└── README.md

3.4.2 创建仓库并配置访问

GitHub 操作步骤：

1. 登录 GitHub，点击右上角 "+" → "New repository"。
2. 填写仓库名称（如 gitops-demo），选择 Public 或 Private。
3. 勾选 "Add a README file"，点击 "Create repository"。
4. 在本地克隆仓库：git clone https://github.com/<用户名>/gitops-demo.git
5. 创建上述目录结构并推送。

GitLab 操作步骤：

1. 登录 GitLab，点击 "New project" → "Create blank project"。
2. 输入项目名称（如 gitops-demo），设置可见性级别。
3. 克隆到本地：git clone https://gitlab.com/<用户名>/gitops-demo.git
4. 初始化目录结构并推送。

3.5 环境验证清单

完成上述步骤后，请逐项确认以下检查点：

检查项	验证命令	预期结果
集群运行中	kubectl get nodes	节点状态为 Ready
kubectl 版本匹配	kubectl version --short	Client 与 Server 版本差异 < 1 个次要版本
Git 仓库可访问	git ls-remote	返回远程引用列表
集群内部 DNS 正常	kubectl run -it --rm dns-test --image=busybox -- nslookup kubernetes.default	返回 Cluster IP

3.6 常见问题与排错

• Minikube 启动失败：检查 Docker 是否运行，尝试 minikube delete 后重新 minikube start。
• K3s 服务未启动：运行 sudo journalctl -u k3s -n 50 查看日志，检查端口 6443 是否被占用。
• kubectl 连接超时：确认 KUBECONFIG 环境变量指向正确的配置文件，或使用 --kubeconfig 参数指定路径。
• Git 推送被拒：检查仓库权限，确保已添加 SSH 公钥或使用 HTTPS 凭据。

# 快速验证集群
kubectl create deployment nginx-test --image=nginx
kubectl expose deployment nginx-test --port=80 --type=NodePort
kubectl get pods,svc

# 清理测试资源
kubectl delete deployment nginx-test
kubectl delete svc nginx-test