4、声明式集群生命周期：通过YAML创建、扩缩容、升级、销毁集群

声明式管理是 Kubernetes 生态的核心设计哲学，CAPI 将其延伸至集群维度。本章聚焦如何通过 YAML 清单驱动集群的完整生命周期——从创建、扩缩容、升级到最终销毁，实现“集群即代码”的运维范式。

4.1 核心资源模型

CAPI 使用分层资源模型描述集群及其关联基础设施。一个典型的工作负载集群由以下核心 CRD 组成：

4.2 创建集群：从 YAML 到运行

以下是一个最小化集群定义示例，使用 AWS 基础设施与 Kubeadm 控制平面：

apiVersion: cluster.x-k8s.io/v1beta1
kind: Cluster
metadata:
  name: prod-cluster-01
  namespace: default
spec:
  infrastructureRef:
    apiVersion: infrastructure.cluster.x-k8s.io/v1beta2
    kind: AWSCluster
    name: prod-cluster-01
  controlPlaneRef:
    apiVersion: controlplane.cluster.x-k8s.io/v1beta1
    kind: KubeadmControlPlane
    name: prod-cluster-01-control-plane
---
apiVersion: infrastructure.cluster.x-k8s.io/v1beta2
kind: AWSCluster
metadata:
  name: prod-cluster-01
  namespace: default
spec:
  region: ap-northeast-1
  sshKeyName: capi-key
---
apiVersion: controlplane.cluster.x-k8s.io/v1beta1
kind: KubeadmControlPlane
metadata:
  name: prod-cluster-01-control-plane
  namespace: default
spec:
  replicas: 3
  version: v1.28.5
  machineTemplate:
    infrastructureRef:
      apiVersion: infrastructure.cluster.x-k8s.io/v1beta2
      kind: AWSMachineTemplate
      name: prod-cluster-01-cp-template
---
apiVersion: infrastructure.cluster.x-k8s.io/v1beta2
kind: AWSMachineTemplate
metadata:
  name: prod-cluster-01-cp-template
  namespace: default
spec:
  template:
    spec:
      instanceType: t3.medium
      iamInstanceProfile: "control-plane.cluster-api-provider-aws.sigs.k8s.io"

4.3 扩缩容：修改副本数

扩缩容只需修改 KubeadmControlPlane 或 MachineDeployment 中的 replicas 字段。CAPI 控制器会自动创建或删除对应的 Machine 对象。

# 将工作节点从 5 扩容到 10
apiVersion: cluster.x-k8s.io/v1beta1
kind: MachineDeployment
metadata:
  name: prod-cluster-01-workers
  namespace: default
spec:
  replicas: 10  # 原值为 5
  template:
    spec:
      version: v1.28.5
      bootstrap:
        configRef:
          apiVersion: bootstrap.cluster.x-k8s.io/v1beta1
          kind: KubeadmConfigTemplate
          name: prod-cluster-01-worker-config

4.4 升级：控制平面与工作节点

升级集群版本通过修改 version 字段触发。CAPI 支持两种升级策略：

• 滚动升级（默认）：逐台替换节点，保持集群可用性。
• 原地升级：部分提供商支持（如 OpenStack），直接更新实例镜像。

# 控制平面升级：v1.28.5 → v1.29.2
apiVersion: controlplane.cluster.x-k8s.io/v1beta1
kind: KubeadmControlPlane
metadata:
  name: prod-cluster-01-control-plane
  namespace: default
spec:
  version: v1.29.2  # 升级目标版本
  replicas: 3
  rolloutStrategy:
    type: RollingUpdate
    rollingUpdate:
      maxSurge: 1
      maxUnavailable: 0

4.5 销毁集群：声明式清理

销毁集群只需删除 Cluster 对象。CAPI 的垃圾回收机制会级联删除所有关联资源：

kubectl delete cluster prod-cluster-01 -n default

删除顺序由 OwnerReference 链保证：

1. Cluster 控制器删除所有 Machine 对象。
2. Machine 控制器排空节点并删除基础设施实例。
3. 控制平面与基础设施模板被清理。
4. Cluster 对象最终被移除。

4.6 生命周期状态机

下图展示了 CAPI 集群从创建到销毁的完整状态转换：

4.7 生命周期操作对比

4.8 声明式生命周期最佳实践

• 版本锁定：所有 YAML 清单应存储在 Git 仓库，使用版本标签（如 v1.0.0）标记集群基线。
• 预检门禁：在 CI 流水线中增加 clusterctl validate 步骤，确保 YAML 语法与资源引用正确。
• 变更审批：升级和销毁操作需要人工审批，通过 Git MR/PR 流程控制。
• 状态监控：使用 kubectl get cluster -w 或 CAPI 提供的 Cluster.status.phase 字段跟踪生命周期进度。
• 灾备恢复：定期导出 Cluster 资源清单（clusterctl get kubeconfig + 资源备份），用于故障重建。