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本文基于数百个真实生产环境案例，系统化梳理Kubernetes集群的故障排查方法论。涵盖Pod生命周期异常、服务发现失效、存储卷挂载失败、网络策略冲突等核心故障场景，结合Prometheus监控指标、eBPF深度追踪、CNI插件分析等技术手段，为企业运维团队提供从现象定位到根因分析的全链路解决方案。

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第一章 Pod异常状态全解析

1.1 CrashLoopBackOff故障树

现象	优先排查方向	关键诊断命令
容器立即退出	启动命令/入口点错误	kubectl describe pod
运行5分钟后崩溃	内存泄漏/资源超限	kubectl logs --previous
随机性崩溃	就绪探针配置错误	kubectl exec -it debug-tool

诊断流程：

1. 检查Events中的Warning事件
2. 分析前一次运行的容器日志
3. 使用临时调试容器进行现场检查

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第二章 网络不通场景深度排查

2.1 服务不可达分类处置

2.1.1 跨Namespace访问失败

• 检查项清单：
  • NetworkPolicy隔离策略
  • 服务DNS名称解析（nslookup <service>）
  • kube-proxy的iptables/ipvs规则

2.1.2 NodePort无法访问

• 排查路径：
  1. 节点防火墙规则（30000-32767端口）
  2. kube-proxy服务状态
  3. 负载均衡器健康检查配置

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2.2 CNI插件异常处理

2.2.1 Calico网络故障

• 典型场景：
  • BGP对等体连接中断
  • IP地址池枯竭
  • Felix进程CPU飙高

2.2.2 Flannel网络抖动

• 优化方案：
  • 更换后端VXLAN为host-gw模式
  • 调整etcd的heartbeat间隔

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第三章 存储系统故障排查

3.1 持久化卷挂载失败

3.1.1 常见错误类型

错误信息	关联组件	解决方案
timeout waiting for volume	CSI驱动	检查node-driver-registrar
failed to get secret	Kubernetes API	更新StorageClass密钥
multi-attach error	云平台限制	启用ReadWriteMany模式

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3.2 存储性能问题溯源

3.2.1 IOPS下降分析

1. 使用iostat -x 1定位磁盘瓶颈
2. 检查CSI插件的volume调节参数
3. 评估文件系统（ext4/xfs）的碎片情况

3.2.2 云盘突发性能耗尽

• AWS EBS优化方案：
  • 启用Provisioned IOPS
  • 调整GP3卷的baseline性能

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第四章 节点级故障处理

4.1 NotReady状态根因分析

4.1.1 核心检查项

• kubelet服务状态：systemctl status kubelet
• 证书过期验证：openssl x509 -in /var/lib/kubelet/pki/kubelet-client-current.pem -noout -enddate
• 磁盘压力检测：df -h /var/lib/kubelet

4.1.2 资源耗尽场景

• OOMKiller记录：dmesg | grep -i kill
• PID限制检查：cat /sys/fs/cgroup/pids/kubepods.slice/*/pids.current

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4.2 内核参数调优

4.2.1 网络连接调优

text复制

net.core.somaxconn = 32768 net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1

4.2.2 文件系统优化

• inotify限制：
  fs.inotify.max_user_watches = 1048576

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第五章 集群组件异常处置

5.1 Control Plane故障

5.1.1 API Server失联

• 诊断步骤：
  1. 检查kube-apiserver Pod状态
  2. 验证etcd集群健康度（etcdctl endpoint health）
  3. 审计防火墙规则（6443端口）

5.1.2 控制器管理器死锁

• 典型表现：
  Deployment更新无响应
• 恢复方案：
  重启kube-controller-manager容器

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5.2 云原生中间件问题

5.2.1 Ingress访问异常

• 分层排查：
  1. Ingress Controller日志
  2. 后端Service Endpoints状态
  3. 证书管理器（如cert-manager）事件

5.2.2 Prometheus监控中断

• 存储问题处理：
  调整TSDB的保留策略
• 资源限制调整：
  增加Thanos Sidecar内存配额

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第六章 高级诊断技术

6.1 eBPF深度追踪

6.1.1 网络丢包分析

text复制

# 跟踪calico接口丢包 bpftrace -e 'tracepoint:net:net_dev_queue { if (args->name ~ "cali*") { @[args->name] = count(); }}'

6.1.2 系统调用追踪

• 定位文件描述符泄漏：
  bcc工具包中的filetop

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6.2 性能调优案例

6.2.1 容器启动缓慢

• 优化方向：
  1. 并行镜像拉取（serializeImagePulls: false）
  2. 使用CRI-O替代Docker

6.2.2 调度延迟过高

• 改进措施：
  1. 设置合适的Pod优先级
  2. 启用Scheduler Framework的并发优化

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附录

附录A 常用诊断命令速查

场景	命令组合	输出解析要点
Pod状态检查	kubectl get pods -owide	STATUS/READY/NODE
服务端点验证	kubectl get endpoints	目标IP端口匹配
网络策略审计	kubectl describe networkpolicy	Ingress/Egress规则

附录B 故障模拟训练方案

故障类型	模拟命令	预期影响
节点网络隔离	ifconfig eth0 down	NodeNotReady
DNS服务中断	iptables -A OUTPUT -p udp --dport 53 -j DROP	域名解析失败
存储卷卸载	umount /var/lib/kubelet/pods	VolumeMount失败