当团队考虑部署Kubernetes时，首先出现的问题之一是：它应该在哪里运行？默认答案通常是公共云，这得益于其灵活性和易用性。然而，越来越多的组织正在重新审视直接在裸金属服务器上运行Kubernetes的优势。对于要求极致性能、可预测延迟和直接硬件访问的工作负载，裸金属Kubernetes可以实现虚拟化或云托管环境根本无法匹敌的结果。
为什么裸金属仍然重要
虚拟化和云抽象带来了便利，但它们也引入了开销。通过消除虚拟化层，应用程序可以直接访问CPU、内存、存储设备和网络接口。这种架构差异转化为切实的好处：
- 接近原生的性能 – 应用程序可以利用硬件的全部功能，来自虚拟机管理程序或云API的开销最小。(Cloud Native Bare Metal Report， CNCF 2023)
- 可预测的延迟 – 这是实时分析、电信和金融交易等行业的关键因素，其中微秒都至关重要。
- 高效的硬件利用 – 可以直接访问GPU、NVMe存储或SmartNIC，不受虚拟化带来的限制或性能瓶颈影响。
- 成本优化 – 对于稳定和长期的工作负载，拥有和运营裸金属服务器可能比持续支付云提供商账单更具成本效益（IDC：裸金属经济学）。
- 深度基础设施控制 – 操作员可以直接配置固件、调优网络和管理存储，而不依赖于云环境施加的抽象和限制。
裸金属提供了能力和控制权，但也带来了自身的挑战：大规模管理服务器。这正是裸金属即服务（BMaaS）介入的地方。
使用 metal-stack.io 实现裸金属即服务
metal-stack 是一个开源平台，它使得裸金属基础设施像消费云资源一样容易。它为物理服务器提供自助服务模型，自动化配置、网络和生命周期管理。本质上，它将硬件机架转变为类似云的环境——同时保留裸金属的性能优势。 metal-stack.io 的主要功能包括：
- 自动化配置 – 可以部署具有干净、可复现操作系统镜像的服务器，类似于在云环境中创建虚拟机。
- 集成网络 – 通过基于BGP的路由以及与 Cilium 或 Calico 等 Kubernetes CNI 插件的兼容性，metal-stack 确保高性能和安全网络。负载均衡可以通过 MetalLB 处理。
- 多租户支持 – 物理机器可以安全地分配给不同的团队或项目，实现隔离和资源公平。
- Kubernetes原生集成 – 可以通过 metal-ccm、Gardener 或 Cluster API Provider for Metal-Stack (CAPMS) 直接将 Kubernetes 集群配置到裸金属节点上。
- 开源基础 – 整个堆栈是开源的（MIT/AGPL），确保了透明度，避免了供应商锁定，并允许团队根据其独特需求调整系统。
通过使用 metal-stack.io，组织不需要在裸金属的原始速度与云基础设施的自动化之间妥协——他们可以两者兼得。
构建裸金属Kubernetes堆栈
在裸金属上部署Kubernetes需要将多个组件组装成一个完整的生态系统。以 metal-stack 为基础，附加层确保了弹性、安全性和操作可见性：
- 网络 – 将 metal-stack 的 BGP 路由与像 Cilium 这样的 Kubernetes CNI 配对，实现低延迟、基于策略的通信。
- 存储 – 像 Rook (Ceph) 或 OpenEBS 这样的工具可以创建分布式、高速的存储池，能够在节点故障时存活。
- 可观测性 – 使用 Prometheus 进行监控，以及使用 Loki 或 ELK 进行日志记录，提供了有效管理硬件和工作负载所需的洞察力。
- 安全性 – 在没有虚拟化隔离的情况下，强制执行RBAC、Pod安全标准和严格的网络策略变得至关重要。
- 生命周期管理 – 虽然 metal-stack 自动化了服务器生命周期，但 Kubernetes 操作符和 GitOps 工具（例如 ArgoCD 或 Flux）有助于自动化应用程序部署和持续操作。
这种分层方法将裸金属集群转变为能够处理企业级工作负载的生产就绪平台。
实际用例
裸金属Kubernetes在硬件性能和低延迟不容妥协的场景中大放异彩。一些突出的用例包括：
- AI/ML训练 – 直接访问GPU加速了机器学习模型训练和推理工作负载（NVIDIA on Bare Metal）。
- 电信和5G网络 – 边缘部署和网络功能要求超低延迟和可预测的性能。
- 金融服务 – 高频交易和其他时间敏感平台受益于微秒级的可预测性。
- 企业数据库 – 像 PostgreSQL 或 Cassandra 这样的系统在直接在裸金属上运行时获得更高的吞吐量和稳定性。
在所有这些案例中，裸金属Kubernetes既提供了性能优势，又提供了现代编排的灵活性。
开始使用 metal-stack.io
对于有兴趣探索这种模式的组织，前进的道路很直接：
- 探索 metal-stack.io 文档，了解架构和要求。
- 从少量裸金属服务器开始，构建一个测试集群。
- 使用 metal-stack 的 Kubernetes 集成在这些节点上部署一个可工作的集群。
- 针对等效的基于云的环境进行工作负载基准测试，以验证性能提升。
- 逐步扩展，根据需要增长添加自动化和扩展基础设施。
这种渐进式方法降低了风险，并使团队在迁移关键工作负载之前建立信心。
结论与后续步骤
在裸金属上运行Kubernetes提供了无与伦比的性能、效率和控制能力——这些是虚拟化和基于云的环境无法完全复制的功能。得益于像 metal-stack.io 这样的开源解决方案，组织不再需要在原始能力和操作简单性之间做出选择。裸金属即服务（BMaaS）将云的敏捷性扩展到物理服务器，使DevOps团队能够管理更快、更可预测且完全在他们控制之下的Kubernetes集群。
准备好进一步探索了吗？
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对于高性能计算、延迟敏感型应用和硬件密集型工作负载，裸金属上的Kubernetes不仅仅是一个替代方案——它通常是最佳选择。