在Ubuntu上扩展Kubernetes集群以支持应用的按需扩展涉及多个步骤。以下是详细的指南：

1. 容器化你的Ubuntu应用

首先，你需要将Ubuntu应用容器化。可以使用Docker来创建一个Docker镜像，该镜像包含了你的应用程序及其所有依赖项。

创建Dockerfile：

# 使用官方的Ubuntu镜像作为基础镜像
FROM ubuntu:latest

# 安装应用程序所需的依赖项
RUN apt-get update && apt-get install -y \
    your-application \
    # 其他依赖项

# 将应用程序复制到容器中
COPY . /app
WORKDIR /app

# 安装Python依赖
RUN pip3 install --no-cache-dir -r requirements.txt

# 暴露应用的端口
EXPOSE 80

# 启动应用
CMD [ "python3", "app.py" ]

构建并推送Docker镜像：

docker build -t your-dockerhub-username/your-application:latest .
docker push your-dockerhub-username/your-application:latest

2. 创建Kubernetes部署文件

接下来，创建一个Kubernetes部署文件（YAML格式），该文件定义了你的应用程序的部署配置。

deployment.yaml：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: your-application
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: your-application
  template:
    metadata:
      labels:
        app: your-application
    spec:
      containers:
      - name: your-application
        image: your-dockerhub-username/your-application:latest
        ports:
        - containerPort: 80

3. 创建Kubernetes服务文件

为了使你的应用程序可以从集群外部访问，创建一个Kubernetes服务文件。

service.yaml：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: your-application-service
spec:
  selector:
    app: your-application
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 80
  type: LoadBalancer

4. 应用Kubernetes配置

使用kubectl命令行工具来应用你的Kubernetes配置。

kubectl apply -f deployment.yaml
kubectl apply -f service.yaml

5. 使用Horizontal Pod Autoscaler (HPA) 进行按需扩展

Kubernetes的Horizontal Pod Autoscaler (HPA)可以根据CPU利用率或其他选择的指标自动调整Pod的数量。

hpa.yaml：

apiVersion: autoscaling/v2beta2
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
  name: your-application-hpa
spec:
  scaleTargetRef:
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    name: your-application
  minReplicas: 3
  maxReplicas: 10
  metrics:
  - type: Resource
    resource:
      name: cpu
      target:
        type: Utilization
        averageUtilization: 50

应用HPA配置：

kubectl apply -f hpa.yaml

6. 监控和管理

使用Kubernetes提供的工具来监控和管理你的应用，例如：

• kubectl get pods：查看Pod的状态。
• kubectl get services：查看服务的状态。
• kubectl logs ：查看容器日志。
• kubectl scale deployment your-application --replicas=：调整Pod数量。

7. 扩展性设计原则

• 单个Pod的不可用性：几乎不使用单个Pod，因为Kubernetes可以随时终止Pod，所以需要使用控制器（如Deployment或StatefulSet）来管理Pod的生命周期。
• 有状态与无状态组件的区分：有状态的服务应放在StatefulSet中，无状态的服务应放在Deployment中。
• 秘密与非秘密配置的分离：使用ConfigMap存储应用程序配置，而带有凭证的数据库连接字符串等敏感信息应存储在Secret中。

通过以上步骤，你可以在Ubuntu上成功扩展Kubernetes集群以支持应用的按需扩展。