3. 多集群K8s环境搭建

在服务网格与多集群发布流水线的学习与验证阶段，我们无法直接使用生产级物理或云上集群。因此，本章将指导你使用 Kind（Kubernetes in Docker）与 K3s（轻量级 K8s 发行版）在本地快速搭建两个独立的模拟集群：cluster-a 与 cluster-b。这两个集群将作为后续章节中服务网格跨集群通信、流量镜像与故障转移的基础设施。

3.1 技术选型对比：Kind vs K3s

在本地模拟多集群场景时，Kind 与 K3s 各有侧重。下表从核心维度进行对比，帮助你根据实验角色选择最合适的方案。

3.2 环境准备与前置条件

在开始搭建之前，请确保你的本地开发机满足以下最低要求：

• 操作系统： Linux（推荐 Ubuntu 22.04+）或 macOS（Intel/Apple Silicon）
• Docker： 版本 20.10+，并已启动 Docker daemon
• kubectl： 版本 1.27+，与目标 K8s 版本偏差不超过 ±1 个次要版本
• 资源配额： 至少 4 核 CPU、8 GB 可用内存、20 GB 磁盘空间
• 网络： 能够访问 Docker Hub 与 GitHub Releases（用于拉取镜像与二进制）

3.3 搭建 cluster-a（Kind 集群）

Kind 通过声明式 YAML 配置文件定义集群拓扑。我们将创建一个包含 1 个控制面节点 + 2 个 Worker 节点的集群，并暴露 80/443 端口供后续 Ingress 使用。

3.3.1 安装 Kind

# 下载 Kind 二进制（Linux/macOS）
curl -Lo ./kind https://kind.sigs.k8s.io/dl/v0.20.0/kind-linux-amd64
chmod +x ./kind
sudo mv ./kind /usr/local/bin/kind

# 验证安装
kind version

3.3.2 创建集群配置文件

创建 kind-cluster-a.yaml：

kind: Cluster
apiVersion: kind.x-k8s.io/v1alpha4
name: cluster-a
nodes:
  - role: control-plane
    extraPortMappings:
      - containerPort: 80
        hostPort: 80
      - containerPort: 443
        hostPort: 443
  - role: worker
  - role: worker

3.3.3 启动集群

kind create cluster --config kind-cluster-a.yaml

# 验证节点状态
kubectl get nodes --context kind-cluster-a

3.4 搭建 cluster-b（K3s 集群）

K3s 采用单二进制安装，我们使用官方安装脚本部署一个单节点集群（包含内嵌 etcd），并禁用 Traefik 以避免与后续服务网格冲突。

3.4.1 安装 K3s

# 使用国内镜像加速（可选）
export INSTALL_K3S_MIRROR=cn

# 安装 K3s 单节点集群，禁用 Traefik 与 Metrics Server
curl -sfL https://get.k3s.io | sh -s - \
  --disable traefik \
  --disable metrics-server \
  --write-kubeconfig-mode 644

# 验证集群状态
kubectl get nodes --context default

3.4.2 配置 kubeconfig 上下文

为了方便管理两个集群，我们将 K3s 的 kubeconfig 合并到本地 ~/.kube/config 中，并重命名上下文为 cluster-b：

# 导出 K3s 配置
export KUBECONFIG=/etc/rancher/k3s/k3s.yaml

# 重命名上下文
kubectl config rename-context default cluster-b

# 合并到本地配置
export KUBECONFIG=~/.kube/config:/etc/rancher/k3s/k3s.yaml
kubectl config view --flatten > ~/.kube/config.new
mv ~/.kube/config.new ~/.kube/config

# 验证两个上下文
kubectl config get-contexts

3.5 多集群网络互通配置

服务网格要求集群间 Pod 网络能够直接通信。由于 Kind 与 K3s 运行在同一个 Docker 宿主机上，我们可以通过 路由表 + 隧道接口 实现互通。下面使用 WireGuard 建立点对点隧道。

3.5.1 获取集群 Pod CIDR

3.5.2 配置 WireGuard 隧道

在宿主机上创建 WireGuard 接口，并添加路由规则：

# 安装 WireGuard
sudo apt install wireguard -y

# 创建隧道配置（/etc/wireguard/k8s-tunnel.conf）
[Interface]
Address = 172.16.0.1/24
PrivateKey = <宿主机私钥>

[Peer]
PublicKey = <对端公钥>
AllowedIPs = 10.244.0.0/16, 10.42.0.0/16
Endpoint = 127.0.0.1:51820
PersistentKeepalive = 25

3.6 验证多集群就绪状态

完成上述步骤后，执行以下验证清单：

1. 集群可达性： kubectl cluster-info --context kind-cluster-a 与 kubectl cluster-info --context cluster-b 均返回正常。
2. 跨集群 Pod 通信： 在 cluster-a 中创建一个测试 Pod，直接 ping cluster-b 中某个 Pod 的 IP 地址。
3. kubeconfig 上下文切换： kubectl config use-context kind-cluster-a 与 kubectl config use-context cluster-b 无报错。

3.7 常见问题与避坑指南

• 端口冲突： 如果宿主机 80/443 已被占用，修改 extraPortMappings 中的 hostPort 为其他端口（如 8080/8443）。
• K3s 安装失败： 检查 systemctl status k3s 日志，常见原因为 SELinux 或 AppArmor 限制，可临时设置为 Permissive 模式。
• 跨集群 DNS 解析： 默认情况下，集群间无法解析对方 Service 名称。后续章节将使用服务网格的 ServiceEntry 或 MultiClusterService 解决。
• 资源不足： 如果同时运行两个集群导致宿主机 OOM，可减少 Kind 集群的 Worker 节点数量，或为 K3s 增加 --kubelet-arg max-pods=20 限制。