我们知道 Kubernetes（或 K8s）是用于管理容器化工作负载和服务的便携式开源平台。它有助于在集群中编排和管理 pod 中的应用程序。它还有效地改进了任务，例如重新部署的零停机时间或容器的自我修复。
如果我们想在嵌入式系统中使用 K8s，或者快速建立一个带有节点的本地 Kubernetes 集群，我们可能有必要试试 K3s[1]。
在本教程中，我们将讨论 K3s 的主要特性并制作一个简单的集群示例。
2. K3s：轻量级的 K8s
K3s 是CNCF[2]认证的 Kubernetes 发行版和Sandbox[3]项目，专为低资源环境而设计。由 Rancher Labs[4]维护着 K3s。
总的来说，K3s 提供了一个开销较小的 Kubernetes 集群设置，但仍然集成了 K8s 的大部分架构和功能。
以下是 K3s 成为轻量级发行版的原因：
- 打包为具有最小外部依赖性的单个二进制文件
- 低硬件要求[5]和内存占用
- 能够作为单个服务器和高可用性[6]服务器运行
K3s 将标准的 Kubernetes组件[7]打包在一个不到 100 MB 的二进制文件中。这是通过删除额外的驱动程序、可选的卷插件和第三方云集成来完成的。
它包含较少的安装和运行 Kubernetes 不需要的部分。但是，我们仍然可以使用附加组件与 AWS 或 GCP 等云提供商集成。
K3s 应该能够在具有至少 512M RAM（尽管建议使用 1GB）和一个 CPU 的 Linux 操作系统中运行。
尽管 K3s 是 Kubernetes 的轻量级版本，但它并没有改变 Kubernetes 的核心工作方式。K3s 架构由运行在集群中的 master 服务器和代理（或工作节点）组成。它仍然有 CoreDNS 和 Ingress Controller 作为核心 Networking 的一部分。它有一个内置的 SQLite 数据库来存储所有的服务器信息。
尽管如此，如果我们需要一个高可用性服务器，也可以插入到一个外部数据库，例如ETCD[8]、MySQL[9]或Postgres[10]。Flannel[11]作为集群网络的默认CNI[12]插件。
最后，作为完全认证的 K8s 版本，我们可以编写 YAML 来像使用 K8s 一样在 K3s 集群上运行。例如，当我们管理工作负载[13]或定义 pod与服务和负载平衡的网络[14]时，同样使用kubectl[15]与集群交互。
3.使用
下面看看如何安装 K3s，如何访问集群，如何将节点添加到 master。
3.1. 安装
基本安装[16]命令很简单：
代码语言：javascript复制$ curl -sfL https://get.k3s.io | sh -
这会执行来自 k3s 官方安装脚本[17]，并在我们的 Linux 主机中将 K3s 作为服务运行。
作为替代方案，我们可以下载一个特定指定版本[18]并安装它。无论哪种方式，我们都可以将服务器配置[19]选项与环境变量[20]混合使用。
例如，我们可能想要禁用 Flannel 并使用不同的 CNI 提供程序。
我们可以通过运行脚本来做到这一点：
代码语言：javascript复制$ curl -sfL https://get.k3s.io | sh -s - --flannel-backend none
如果我们已经安装了 K3s 二进制文件，我们可以在命令行中添加环境变量前缀：
代码语言：javascript复制$ INSTALL_K3S_EXEC="--flannel-backend none" k3s server
3.2. 集群访问
默认情况下，K3s 将在/etc/rancher/k3s目录中安装一个配置文件。安装完成后，和 K8s 类似，我们需要定义一个配置文件位置。
我们可以通过导出一个环境变量让 K3s 指向配置文件：
代码语言：javascript复制$ export KUBECONFIG=/etc/rancher/k3s/k3s.yaml
作为替代方案，可以在 K8s 默认指向的主目录中定义配置文件：
代码语言：javascript复制$ mkdir -p ~/.kube
$ sudo k3s kubectl config view --raw | tee ~/.kube/config
$ chmod 600 ~/.kube/config
可以检查集群是否正在运行：
代码语言：javascript复制$ kubectl get nodes
NAME STATUS ROLES AGE VERSION
<cluster-name> Ready control-plane,master 4d3h v1.25.6 k3s1
值得注意的是，我们可以看到控制平面将与主节点一起运行。
现在让我们看看创建了哪些容器（pods）：
代码语言：javascript复制$ kubectl get pods --all-namespaces
NAMESPACE NAME READY STATUS RESTARTS AGE
kube-system helm-install-traefik-crd-6v28l 0/1 Completed 0 4d2h
kube-system helm-install-traefik-vvfh2 0/1 Completed 2 4d2h
kube-system svclb-traefik-cfa7b330-fkmms 2/2 Running 10 (8h ago) 4d2h
kube-system traefik-66c46d954f-2lvzr 1/1 Running 5 (8h ago) 4d2h
kube-system coredns-597584b69b-sq7mk 1/1 Running 5 (8h ago) 4d2h
kube-system local-path-provisioner-79f67d76f8-2dkkt 1/1 Running 8 (8h ago) 4d2h
可以在集群上看到可用 pod 的列表。
可以看到一个基本的 K3s 设置，包括：
- Traefik[21]作为 HTTP 反向代理和负载均衡的入口控制器
- CoreDns[22]管理集群和节点内的 DNS 解析
- Local Path Provisioner[23]提供了一种在每个节点中利用本地存储的方法
- Helm[24]，我们可以使用它来打包、部署
K3s 将在单个服务器或代理进程中运行所有组件，而不是在不同的进程中运行组件。由于它被打包在一个文件中，我们也可以[离线安装]((https://docs.k3s.io/installation/airgap "离线安装")。当然，我们还可以使用 K3d[25] 在 Docker 中运行 K3s 。
3.3. 添加节点
如果我们想将节点添加到集群中，只需要执行指向节点主机的相同命令：
代码语言：javascript复制$ curl -sfL https://get.k3s.io | K3S_URL=https://<node-host>:6443 K3S_TOKEN=mynodetoken sh -
K3S_TOKEN 存储在本地：
$ cat /var/lib/rancher/k3s/server/node-token
一旦工作节点加入主节点，控制平面就会识别节点和在其上调度服务 Pod。
4.部署服务
让我们做一个简单的集群示例，我们将在其中安装一个 Nginx 镜像。
创建一个 Nginx 镜像的 deployment ，其中三个副本，通过端口 80 提供服务：
代码语言：javascript复制$ kubectl create deployment nginx --image=nginx --port=80 --replicas=3
接下来，检查一下 pod：
代码语言：javascript复制$ kubectl get pods
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
nginx-ff6774dc6-ntxv6 1/1 Running 0 17s
nginx-ff6774dc6-qs4r6 1/1 Running 0 17s
nginx-ff6774dc6-nbxmx 1/1 Running 0 17s
应该看到三个正在运行的容器。
Pod 不是永久资源，会不断创建和销毁，IP 发生变化。因此，需要一个服务来动态地将 pod 的 IP 映射到外部世界。
我们将选择一个 ClusterIp 类型的 Service：
代码语言：javascript复制$ kubectl create service clusterip nginx --tcp=80:80
看看我们的服务定义：
代码语言：javascript复制$ kubectl describe service nginx
Name: nginx
Namespace: default
Labels: app=nginx
Annotations: <none>
Selector: app=nginx
Type: ClusterIP
IP Family Policy: SingleStack
IP Families: IPv4
IP: 10.43.238.194
IPs: 10.43.238.194
Port: 80-80 80/TCP
TargetPort: 80/TCP
Endpoints: 10.42.0.10:80,10.42.0.11:80,10.42.0.9:80
我们可以看到访问应用程序的 pod（或容器）地址对应的 Endpoints。
服务没有直接访问权限。Ingress Controller 通常位于它前面，用于缓存、负载平衡和安全合规控制，例如过滤掉恶意请求。
最后，让我们在 YAML 文件中定义一个 Traefik 控制器。这会将流量从传入请求路由到服务：
代码语言：javascript复制apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
name: nginx
annotations:
ingress.kubernetes.io/ssl-redirect: "false"
spec:
rules:
- http:
paths:
- path: /
pathType: Prefix
backend:
service:
name: nginx
port:
number: 80
我们可以通过将此资源应用于集群来创建 ingress：
$ kubectl apply -f <nginx-ingress-file>.yaml
describe一下：
$ kubectl describe ingress nginx
Name: nginx
Labels: <none>
Namespace: default
Address: 192.168.1.103
Ingress Class: traefik
Default backend: <default>
Rules:
Host Path Backends
---- ---- --------
*
/ nginx:80 (10.42.0.10:80,10.42.0.11:80,10.42.0.9:80)
Annotations: ingress.kubernetes.io/ssl-redirect: false
现在可以通过从主机或浏览器向 192.168.1.103 地址发送 GET 请求来访问 Nginx 主页。
我们可能想向入口控制器添加一个 负载均衡器[26] K3s 默认使用 ServiceLB[27]。
5. K8s 和 K3s 有何不同
K3s 和 K8s 之间最显着的区别是包装。K3s 是一个不到 100MB 的单一打包二进制文件。K8s 有多个组件作为进程运行。
此外，作为一个更轻量级的版本，K3s 可以在几秒钟内启动一个 Kubernetes 集群。我们可以用更少的资源更快地运行操作。
K3s 支持 AMD64、ARM64 和 ARMv7 等架构。这意味着我们可以在任何地方运行它，例如，在 Raspberry PI Zero 中。K3s 还可以处理连接受限的环境。
在学习 K3s 时上手更快，需要掌握的命令更少。开始使用它的工作量比 K8s 少，例如，如果我们还没有使用分布式集群的背景。
但是，对于复杂的集群或繁重的工作负载，我们仍然应该考虑使用 K8s。K3s 确实提供了一个高可用性选项，但它需要做更多的工作才能插入，例如，不同的数据库或集成云提供商。
如果要在 K3s 和 K8s 之间做出决定，可能会归结为资源的考量。但是，K3s 是持续集成测试的不错选择。
六，结论
在本文中，我们将 K3s 视为一种轻量级发行版和 K8s 的有效替代品。它需要的资源少并且设置启动。我们在创建一个简单集群的示例时已经看到了这一点。
尽管如此，它仍然与 K8s 完全兼容，并且也是高可用性服务器的潜在用途。最后，我们讨论了 K8s 和 K3s 的不同之处，以及我们什么时候应该使用 K3s。
参考资料
[1]
K3s: https://docs.k3s.io/
[2]
CNCF: https://www.cncf.io/
[3]
Sandbox: https://www.cncf.io/sandbox-projects/
[4]
Rancher Labs: https://ranchermanager.docs.rancher.com/
[5]
硬件要求: https://docs.k3s.io/installation/requirements#hardware
[6]
高可用性: https://docs.k3s.io/architecture#high-availability-k3s-server-with-an-external-db
[7]
组件: https://kubernetes.io/docs/concepts/overview/components/
[8]
ETCD: https://etcd.io/
[9]
MySQL: https://www.mysql.com/
[10]
Postgres: https://www.postgresql.org/
[11]
Flannel: https://github.com/flannel-io/flannel#flannel
[12]
CNI: https://github.com/containernetworking/cni#cni---the-container-network-interface
[13]
工作负载: https://kubernetes.io/docs/concepts/workloads/
[14]
与服务和负载平衡的网络: https://kubernetes.io/docs/concepts/services-networking/
[15]
kubectl: https://kubernetes.io/docs/reference/kubectl/
[16]
安装: https://docs.k3s.io/installation
[17]
k3s 官方安装脚本: https://get.k3s.io./
[18]
版本: https://github.com/k3s-io/k3s/releases
[19]
服务器配置: https://docs.k3s.io/reference/server-config
[20]
环境变量: https://docs.k3s.io/reference/env-variables
[21]
Traefik: https://traefik.io/
[22]
CoreDns: https://coredns.io/
[23]
Local Path Provisioner: https://github.com/rancher/local-path-provisioner#local-path-provisioner
[24]
Helm: https://helm.sh/
[25]
K3d: https://k3d.io/
[26]
负载均衡器: https://docs.k3s.io/networking#service-load-balancer
[27]
ServiceLB: https://github.com/k3s-io/klipper-lb
- END -
