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：

$ 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：

$ 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：

$ 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：

$ 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：

$ 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：

$ 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）：

$ 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：

$ 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：

$ kubectl create deployment nginx --image=nginx --port=80 --replicas=3

接下来，检查一下 pod：

$ 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：

$ kubectl create service clusterip nginx --tcp=80:80

看看我们的服务定义：

$ 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：

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。

作者：baeldung

出处：https://goo.gs/rgram

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

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