适用于 Kubernetes 的裸机服务器：何时应采用专用节点

裸机 Kubernetes 当容器化应用程序需要可预测的计算资源、直接访问硬件或持续保持高利用率时，这可能是一个极具吸引力的基础设施选择。企业无需将每个 Kubernetes 工作节点都运行在云虚拟机中，而是可以直接在专用物理服务器上部署节点。.

然而，移除虚拟化层并不会自动使 Kubernetes 集群变得更快、更便宜或更可靠。裸金属架构会带来一系列责任，包括服务器配置、网络设置、持久化存储、系统升级以及硬件恢复。.

本指南将说明在何种情况下使用专用 Kubernetes 节点更为合理，裸金属与云虚拟机相比有何异同，哪些工作负载能从中获益最多，以及在选择服务器提供商之前应评估哪些因素。.

什么是裸机 Kubernetes？

“裸机 Kubernetes”是指在物理服务器上运行 Kubernetes 集群组件，而不是完全依赖虚拟化的计算实例。物理服务器可以直接运行 Linux 操作系统、容器运行时以及 Kubernetes 节点组件。.

在典型的部署中，工作节点运行应用程序 Pod，而 Kubernetes 控制平面负责管理调度、集群状态和编排。.

这些节点既可以部署在组织自有的数据中心内，也可以从裸机托管服务商处租用。.

其根本区别在于基础设施层：客户可以访问专用的物理硬件，而不是像传统多租户虚拟化那样共享底层主机。.

如需了解有关物理基础设施的更全面介绍，请参阅我们的 裸机服务器提供商指南.

Kubernetes 中裸机与虚拟机的对比

Kubernetes 既可以在物理服务器上，也可以在虚拟机上成功运行。具体选择哪种方式，取决于工作负载的行为特征、部署要求以及可用的基础设施自动化程度。.

裸机环境可以减少某些与虚拟化相关的开销，并能更好地控制 CPU 部署、存储设备和网络接口。但对于不受虚拟化限制的工作负载而言，性能差异可能微乎其微。.

如需更深入的比较，请阅读我们的 裸机与虚拟机对比指南.

在什么情况下使用专用 Kubernetes 节点才是明智之举？

1. 持续的高CPU负载工作负载

对于CPU利用率持续较高的应用程序，分配专用物理资源可能会带来好处，尤其是在性能可预测性至关重要的情况下。.

例如：大规模数据处理、连续分析、媒体处理以及计算密集型应用服务。.

专用硬件使管理员能够准确了解其节点可用的处理器型号、物理核心和内存资源。.

然而，Kubernetes 的 CPU 请求和限制、操作系统调度以及应用层面的资源竞争仍然会影响性能。.

2. 对延迟敏感的应用程序

某些应用程序需要可预测的响应时间，而不仅仅是较高的平均吞吐量。.

例如，某些金融处理系统、实时服务以及网络密集型应用程序等。.

裸机环境可能在 CPU 固定、NUMA 对齐、网络接口配置以及专用硬件等方面提供更强的控制能力。.

在必要时，Kubernetes 的各项功能（例如 CPU 管理器策略、拓扑管理器和设备插件）可协助协调资源分配。.

这些优化需要仔细配置和工作负载测试。专用硬件并不能消除由网络距离、低效代码或应用程序依赖关系造成的延迟。.

3. 高吞吐量网络

容器网络为任何 Kubernetes 集群增添了一项重要的设计考量。.

流量可能会经过容器网络接口（CNI）实现、服务路由组件、负载均衡器以及网络策略执行模块。.

在要求苛刻的环境中，物理节点可提供对受支持网络硬件的直接访问，并提供额外的调优选项。.

然而，实际效益取决于网络拓扑、CNI设计、数据包处理以及可用的连接性。.

在选择服务器之前，请比较物理端口容量、包含的流量、数据中心位置以及您的 Kubernetes 部署所需的网络架构。.

4. 存储密集型有状态应用程序

尽管 Kubernetes 通常与无状态微服务相关联，但它也通过 PersistentVolumes、StatefulSets 以及存储集成来支持有状态应用程序。.

数据库、分析平台及其他对存储需求较高的服务，可通过专用 NVMe 设备和精心设计的存储布局获得性能提升。.

但本地物理存储会带来可用性方面的挑战。.

如果某个节点发生故障，其他节点可能无法立即访问该节点上本地存储的数据。因此，可能需要采用存储复制、应用层恢复或网络附加存储等方案。.

对于关键数据库而言，即使使用了复制存储，备份和恢复流程仍然至关重要。.

5. 可预测的长期资源需求

当 Kubernetes 集群以相对较高的利用率持续运行时，专用节点可能具有极具吸引力的经济效益。.

与为不断变化的虚拟机集群付费相比，企业可以在更长的运营周期内对一个已定义的物理资源池进行评估。.

然而，比较时必须将未利用容量、硬件冗余、带宽、软件许可、运维以及灾难恢复基础设施等因素纳入考量。.

何时裸机 Kubernetes 并非最佳选择

物理基础设施并不总是最实用的 Kubernetes 平台。.

在以下情况下，基于云的 Kubernetes 可能更合适：

• 工作负载会频繁地扩大或缩减。.
• 团队需要在多个区域内快速部署节点。.
• 应用程序在很大程度上依赖于托管云服务。.
• 目前没有基础设施工程师负责维护物理节点。.
• 项目周期较短，或者需求难以预测。.
• 网络、存储和集群自动化的内置集成是优先事项。.

托管式 Kubernetes 服务可以减少对控制平面的维护工作，但客户仍需对应用程序、访问控制及其他配置决策负责。.

也可以采用混合设计。只要网络和集群架构支持这种模式，组织就可以为稳定的工作负载使用专用的物理节点，而为其他服务使用虚拟化基础设施。.

如何设计一个生产环境的裸金属 Kubernetes 集群

生产就绪不仅取决于在几台服务器上安装 Kubernetes。.

控制平面可用性

生产集群应采用符合其可用性要求的控制平面设计。.

对于自主管理的高可用性部署，使用多个控制平面节点和一个具有容错能力的 etcd 配置可能是合适的选择。.

控制平面冗余并不能防范所有数据中心、网络或应用程序故障。故障域和恢复流程仍然至关重要。.

工作节点容量

工作节点应具备足够的 CPU、内存、存储和网络容量，以满足其所托管的 Pod 的需求。.

应综合考虑 Kubernetes 系统组件、操作系统进程、DaemonSets 以及工作负载请求，而不是将所有可用资源都分配给应用程序。.

规划额外的容量，以便在节点维护或发生故障时能够重新调度应用程序。.

网络和负载均衡

与许多托管式云端 Kubernetes 环境不同，裸机部署默认情况下可能不包含云服务提供商的负载均衡器集成。.

根据具体环境的不同，MetalLB、外部负载均衡器或服务商支持的网络集成等解决方案可能较为合适。.

选择一种与您的网络设计、路由要求和安全策略相兼容的 CNI 实现方案。.

持久化存储

确定应用程序是否需要本地卷、分布式存储、外部存储系统或由数据库管理的复制功能。.

在适用情况下，请使用合适的容器存储接口（CSI）驱动程序，并测试卷的分配、恢复以及节点故障时的行为。.

自动化配置

随着集群规模的扩大，基础设施自动化变得越来越重要。.

配置工具、操作系统镜像、配置管理以及 Kubernetes 生命周期管理工具有助于实现节点部署的标准化。.

Cluster API 和特定基础设施的提供商可能支持某些裸机环境，但它们的功能和硬件集成要求各不相同。.

裸机 Kubernetes 的硬件要求

选择合适的硬件取决于集群内运行的应用程序。.

如需了解有关 CPU、内存和 NVMe 的更深入购买建议，请参阅我们的 专用服务器硬件指南.

适用于 Kubernetes 工作负载的裸机服务器提供商

对于自主管理的 Kubernetes 集群，有几家专业的基础设施提供商值得评估。需要注意的是，租用裸机服务器并不一定意味着该提供商会提供一个完全托管的 Kubernetes 平台。.

以下公司是根据其与专用基础设施的相关性而选定的候选企业。这些公司的排名并非基于独立的Kubernetes基准测试结果。.

Cherry Servers：面向 API 的裸机基础设施

Cherry 服务器 对于正在评估专用物理节点及基础设施自动化的团队而言，这是一个值得考虑的选项。.

对于 Kubernetes 部署，需调查其当前的服务器配置能力、支持的硬件配置、网络选项以及自动化接口。.

最适合： 需要可配置的裸机资源来构建自主管理的容器集群的基础设施团队。.

购买前请确认： 所选产品的 API 支持、开通时间、私有网络、流量策略以及节点替换流程。.

Hostwinds：用于持久化集群节点的专用服务器

Hostwinds 对于正在将传统专用主机与其他基础设施模式进行比较的组织而言，这值得考虑。.

对于持久性 Kubernetes 工作负载，需要仔细评估 CPU 容量、内存、存储、操作系统访问权限以及网络性能。.

最适合： 计划部署稳定、持续运行的 worker 节点的企业。.

购买前请确认： root 或管理员权限、Linux 兼容性、配置选项、支持范围以及硬件恢复方案。.

ServerMania：专用硬件与网络规划

ServerMania 这适用于具有明确硬件要求或网络密集型工作负载的组织。.

对于 Kubernetes，请比较可用的处理器、内存容量、物理网络、数据中心位置以及私有连接选项。.

最适合： 运行持续性应用程序工作负载的团队，这些工作负载需要专用服务器资源和精心设计的网络架构。.

购买前请确认： 当前的硬件库存、网络配置、带宽状况、远程管理及服务条款。.

DediXLAB：其他专用基础设施选项

DediXLAB 在评估专用硬件配置和租赁条件时，可将其纳入候选名单。.

它是否适合用于 Kubernetes，取决于所选服务器是否支持所需的操作系统、网络设计、远程访问以及集群部署工作流。.

最适合： 正在比较用于自主管理型 Kubernetes 环境的物理节点配置的买家。.

购买前请确认： 处理器型号、可用内存、存储空间、网络拓扑、合同条款以及技术支持范围。.

成本对比：裸机 Kubernetes 与云 Kubernetes

要比较基础设施成本，不能仅看单台服务器的标示租金。.

对于自管理的裸机集群，可能需要为以下方面支付额外费用：

• 控制平面节点和冗余工作节点容量。.
• 网络连接、负载均衡和流量转发。.
• 持久化存储和备份。.
• 监控、日志记录和安全工具。.
• 操作系统和集群维护。.
• 硬件更换规划与灾难恢复。.

根据平台的不同，Cloud Kubernetes 可能会对控制平面服务、计算实例、块存储、网络传输和负载均衡器分别收取费用。.

为了进行准确的比较，请使用相同的工作负载、可用性目标、存储要求和运行周期。.

我们的 裸机服务器定价指南 解释了硬件、带宽以及隐性基础设施成本。.

裸机 Kubernetes 中的常见错误

• 在关键应用中使用单个工作节点： 硬件故障可能会中断该节点上的所有工作负载。.
• 忽视控制平面韧性： 集群管理组件需要有其自身的恢复方案。.
• 假设本地存储具有自动可移植性： 具有状态的工作负载需要进行明确的存储和恢复规划。.
• 忽视网络集成： 服务暴露和负载均衡可能需要额外的基础设施。.
• 跳过节点自动化： 手动配置服务器会难以保持一致性。.
• 将硬件隔离与Pod隔离混为一谈： Kubernetes 工作负载仍然需要适当的安全控制措施。.
• 低估运营成本： 人员工时、监控、升级和恢复都会影响总体拥有成本。.

常见问题解答

Kubernetes 能否直接在裸机服务器上运行？

是的。Kubernetes 可以在物理 Linux 服务器上运行，而无需在每个节点下方部署虚拟化层。但集群仍需兼容的容器运行时、网络环境以及适当的控制平面配置。.

Kubernetes 在裸机上运行得更快吗？

某些工作负载可以从直接访问硬件以及减少与虚拟化相关的波动中获益。不过，性能取决于 CPU、内存、存储、网络、应用程序设计以及集群配置。在得出结论之前，请先对实际工作负载进行基准测试。.

裸机 Kubernetes 支持自动缩放吗？

Kubernetes 可以在现有节点上对 Pod 进行扩展，但添加物理节点需要有可用的硬件和合适的配置自动化方案。与云实例的扩展相比，裸金属节点的扩展通常在物理容量和部署时间方面受到更多限制。.

裸机 Kubernetes 比托管式 Kubernetes 更便宜吗？

对于稳定且使用率较高的工作负载而言，这种方案可能具有成本效益，但并非放之四海皆准。在进行比较时，必须将硬件租赁、冗余容量、人员配置、网络、存储和恢复等因素都纳入考量。.

裸机托管服务商是否负责管理 Kubernetes？

不一定。许多服务商仅提供物理服务器的租赁服务，而将 Kubernetes 的安装、配置、升级和故障排除工作留给客户。购买前请确认服务中是否明确包含托管型 Kubernetes 服务。.

最终结论：何时值得使用专用 Kubernetes 节点

当组织的基础设施需求可预测、工作负载能从专用硬件中获益，并且具备可靠管理物理节点所需的技术资源时，裸金属 Kubernetes 才是最合适的选择。.

对于需求波动较大、需要快速部署，或者希望减少基础设施管理负担的团队而言，云虚拟机和托管式 Kubernetes 服务可能仍然更为实用。.

在比较Cherry Servers等服务商时，, Hostwinds, ServerMania 和 DediXLAB，重点关注实际硬件性能、网络、自动化、灾难恢复以及总体运营成本。.

工作负载 → 性能要求 → 节点设计 → 网络与存储 → 自动化 → 可靠性 → 总成本

正确的选择是那种既能满足您的应用程序在性能和可用性方面的要求，又不会造成不必要的运维复杂性的基础设施模型。.