📚 课程目录第2章环境准备

2. 环境准备：安装 Kubernetes 集群、Argo CD 与 Grafana 可观测栈

本章将搭建完整的实验环境，包含三个核心层：Kubernetes 集群（运行时底座）、Argo CD（GitOps 控制器）、Grafana + Prometheus Operator（可观测平台）。环境全部运行在单机开发节点上，适合本地实验与课程练习。

2.1 环境总览与组件版本

下表列出本课程使用的核心组件及推荐版本，确保各组件间的兼容性。

组件	版本	说明
K3s	v1.28.7+k3s1	轻量级 Kubernetes，资源占用低，适合本地实验
Argo CD	v2.11.3	GitOps 工具，管理告警规则配置的声明式部署
Prometheus Operator	v0.73.2	管理 Prometheus 实例与告警规则 CRD
Grafana	10.4.2	可视化面板与告警管理界面
Helm	v3.14.3	Kubernetes 包管理器，用于安装 Operator
kubectl	v1.28.7	Kubernetes 命令行工具

版本选择说明：K3s 相比 Minikube 启动更快、内存占用更低，且原生支持 Helm 和 Traefik Ingress，适合在 2C4G 的虚拟机或 WSL2 上运行。如果使用 Minikube，请确保 --driver=docker 并分配至少 4GB 内存。

2.2 安装 Kubernetes 集群（K3s）

K3s 安装过程极简，一条命令即可完成控制平面与工作节点的合并部署。

# 安装 K3s 主节点（同时作为 worker）
curl -sfL https://get.k3s.io | INSTALL_K3S_VERSION=v1.28.7+k3s1 sh -s - \
  --disable traefik \
  --write-kubeconfig-mode 644

# 验证集群状态
sudo k3s kubectl get nodes
# 输出示例：
# NAME     STATUS   ROLES                  AGE   VERSION
# ubuntu   Ready    control-plane,master   2m    v1.28.7+k3s1

# 配置 kubectl 环境
mkdir -p ~/.kube
sudo cp /etc/rancher/k3s/k3s.yaml ~/.kube/config
sudo chown $USER:$USER ~/.kube/config
export KUBECONFIG=~/.kube/config
kubectl cluster-info

  验证要点：执行 kubectl get pods -A 确认 coredns、local-path-provisioner 等系统组件处于 Running 状态。如果使用 Minikube，请运行 minikube start --cpus=2 --memory=4096 并确保 kubectl config use-context minikube。

2.3 安装 Helm 与 Argo CD

Argo CD 通过 Helm chart 部署到 argocd 命名空间，后续所有 GitOps 应用都将通过它同步。

# 安装 Helm
curl https://raw.githubusercontent.com/helm/helm/main/scripts/get-helm-3 | bash
helm version

# 添加 Argo CD Helm 仓库
helm repo add argo https://argoproj.github.io/argo-helm
helm repo update

# 创建命名空间并安装 Argo CD
kubectl create namespace argocd
helm install argocd argo/argo-cd \
  --namespace argocd \
  --version 5.51.6 \
  --set server.service.type=NodePort \
  --set server.service.nodePortHttp=30080

# 等待所有 Pod 就绪
kubectl wait --for=condition=Ready pods --all -n argocd --timeout=180s

# 获取初始 admin 密码
kubectl -n argocd get secret argocd-initial-admin-secret \
  -o jsonpath="{.data.password}" | base64 -d

Argo CD 安装完成后，通过 http://<节点IP>:30080 访问 Web UI，用户名为 admin。

端口冲突处理：如果 30080 端口被占用，修改 nodePortHttp 为其他端口（如 30081），或改用 --set server.service.type=ClusterIP 配合 kubectl port-forward 访问。

2.4 安装 Prometheus Operator 与 Grafana

使用 kube-prometheus-stack Helm chart 一键部署 Prometheus Operator、Prometheus、Alertmanager 和 Grafana。该 chart 是社区最成熟的可观测性方案。

# 添加 Prometheus 社区 Helm 仓库
helm repo add prometheus-community https://prometheus-community.github.io/helm-charts
helm repo update

# 创建监控命名空间
kubectl create namespace monitoring

# 安装 kube-prometheus-stack
helm install prometheus-stack prometheus-community/kube-prometheus-stack \
  --namespace monitoring \
  --version 56.0.0 \
  --set grafana.service.type=NodePort \
  --set grafana.service.nodePort=30300 \
  --set prometheus.service.type=NodePort \
  --set prometheus.service.nodePort=30900

# 等待所有 Pod 就绪
kubectl wait --for=condition=Ready pods --all -n monitoring --timeout=300s

# 查看部署状态
kubectl get pods -n monitoring

安装完成后，Grafana 通过 http://<节点IP>:30300 访问，默认管理员账号为 admin，密码为 prom-operator。

快速验证：访问 Grafana → 左侧菜单 "Alerting" → "Alert rules"，确认 Prometheus 数据源已自动配置。如果看到 "No alert rules defined"，说明环境就绪，后续章节将使用 Argo CD 管理这些规则。

2.5 环境架构总览

下图展示三个核心组件之间的交互关系：Argo CD 从 Git 仓库拉取告警规则配置，通过 Prometheus Operator 的 CRD 写入 Kubernetes，最终由 Prometheus 实例加载并触发告警。

2.6 环境验证清单

完成安装后，执行以下命令逐项验证环境健康度：

Kubernetes 集群：kubectl get nodes 显示 Ready 状态
Argo CD：kubectl get pods -n argocd 所有 Pod 为 Running
Prometheus Operator：kubectl get crd | grep prometheus 显示 prometheusrules.monitoring.coreos.com
Grafana：kubectl get svc -n monitoring prometheus-stack-grafana 显示 NodePort 30300
数据源连通性：Grafana Web UI → Configuration → Data Sources → Prometheus 状态为 "OK"

  排障提示：如果 Grafana 数据源显示 "Error connecting to Prometheus"，检查 kubectl get svc -n monitoring prometheus-stack-kube-prom-prometheus 的 ClusterIP 是否正确，以及网络策略是否允许跨命名空间访问。

2.7 本章小结

至此，实验环境已全部就绪：

K3s 集群提供轻量 Kubernetes 运行时
Argo CD 作为 GitOps 控制器，负责从 Git 同步告警规则配置
Prometheus Operator 管理 PrometheusRule CRD，实现告警规则的声明式管理
Grafana 提供告警可视化与统一管理界面