轻量级 Kubernetes k3s 初探

2012 年 2 月 14 日

1 k3s 简介–5 less than K8s

k3s ^[1] 是 rancher®开源的一个 Kubernetes 发行版，从名字上就可以看出 k3s 相对 k8s 做了很多裁剪和优化，二进制程序不足 50MB，占用资源更少，只需要 512MB 内存即可运行。

而之所以称为 k3s 是因为相对 k8s 裁剪了如下 5 个部分:

过时的功能和非默认功能
Alpha 功能
内置的云提供商插件
内置的存储驱动
Docker

官方称 k3s 是:

★ k3s 是史上最轻量级 Kubernetes.”

相对 k8s 最主要的优化如下：

使用内嵌轻量级数据库 SQLite 作为默认数据存储替代 etcd，当然 etcd 仍然是支持的。
内置了 local storage provider、service load balancer、helm controller、Traefik ingress controller，开箱即用。
所有 Kubernetes 控制平面组件如 api-server、scheduler 等封装成为一个精简二进制程序，控制平面只需要一个进程即可运行。
删除内置插件 (比如 cloudprovider 插件和存储插件)。
减少外部依赖，操作系统只需要安装较新的内核以及支持 cgroup 即可，k3s 安装包已经包含了 containerd、Flannel、CoreDNS，非常方便地一键式安装，不需要额外安装 Docker、Flannel 等组件。

k3s 的四大使用场景为：

Edge
IoT
CI
ARM

当然如果想学习 k8s，而又不想折腾 k8s 的繁琐安装部署，完全可以使用 k3s 代替 k8s，k3s 包含了 k8s 的所有基础功能，而 k8s 附加功能其实大多数情况也用不到。

2 一键式安装 k3s

k3s 安装确实非常简单，只需要一个命令即可完成:

 复制代码

curl -sfL https://get.k3s.io |sh-

通过如上只执行了一个命令即部署了一套 all in one k3s 单节点环境，相对 k8s 无需额外安装如下组件：

kubelet
kube-proxy
Docker
etcd
ingress，如 ngnix

当然可以使用 k3s agent 添加更多的 worker node，只需要添加 K3S_URL 和 K3S_TOKEN 参数即可，其中 K3S_URL 为 api-server URL，而 k3S_TOKEN 为 node 注册 token，保存在 master 节点的 /var/lib/rancher/k3s/server/node-token 路径。

3 和使用 k8s 一样使用 k3s

3.1 和使用 k8s 一样使用 k3s 命令工具

k3s 内置了一个 kubectl 命令行工具，通过 k3s kubectl 调用，为了与 k8s 的 kubectl 命令一致，可以设置 alias 别名:

 复制代码

# 该步骤可以省略，在 /usr/local/bin 中已经添加了一个 kubectl 软链接到 k3s
aliaskubectl='k3s kubectl`

# 配置 kubectl 命令补全
source <(kubectl completion bash)

配置完后，我们就可以通过 kubectl 查看 kube-system 运行的 pod 列表如下：

 复制代码

# kubectlgetpod -n kube-system
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
metrics-server-6d684c7b5-4qppl1/1Running070m
local-path-provisioner-58fb86bdfd-8l4hn1/1Running070m
helm-install-traefik-pltbs0/1Completed070m
coredns-6c6bb68b64-b9qcl1/1Running070m
svclb-traefik-2ttg22/2Running070m
traefik-7b8b884c8-xkm771/1Running070m

我们发现并没有运行 apiserver、controller-manager、scheduler、kube-proxy 以及 flannel 等组件，因为这些都内嵌到了 k3s 进程。另外 k3s 已经给我们默认部署运行了 traefik ingress、metrics-server 等，不需要再额外安装了。

k3s 默认没有使用 Docker 作为容器运行环境，而是使用了内置的 contained，可以使用 crictl 子命令与 CRI 交互。

当然如果习惯使用 docker 命令行可以设置如下别名:

 复制代码

aliasdocker='k3s crictl'

# 配置 docker 命令补全
source<(docker completion)
complete -F _cli_bash_autocomplete docker

通过 docker ps 查看运行的容器:

 复制代码

# docker ps
CONTAINER IMAGE CREATED STATE NAME ATTEMPT POD ID
deedde06105b58fafd8af70e9a6minutes ago Running kubernetes-bootcamp-v10b59bdf9ed7b2a
5464873f8064a8fafd8af70e9a6minutes ago Running kubernetes-bootcamp-v1051d2058a38262
d8ae5df73ee95 aa764f7db3051 About an hour ago Running traefik0a7990965f71c3
1ecdf0ce98ebf897ce3c5fc8ff About an hour ago Running lb-port-44304057796b8eddd
021a4d7bcc391897ce3c5fc8ff About an hour ago Running lb-port-8004057796b8eddd
089ee47dd3de0 c4d3d16fe508b About an hour ago Running coredns05e54975c3ae1e
3c97b40b9beed9d12f9848b99f About an hour ago Running local-path-provisioner05a4e666f9c8f7
ac020ab1621c09dd718864ce61 About an hour ago Running metrics-server0f69f6812b7a66

当然我们只是使用 crictl 模拟了 docker 命令，相对真正的 docker 我们发现多了 ATTEMPT 以及 POD ID ，这是 CRI 所特有的。

3.2 和使用 k8s 一样创建 k3s 资源

我们使用 k8s 最喜欢拿来入门的 bootcamp 作为例子，Deployment 声明如下:

 复制代码

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
labels:
app: kubernetes-bootcamp-v1
name: kubernetes-bootcamp-v1
spec:
replicas:2
selector:
matchLabels:
app: kubernetes-bootcamp-v1
template:
metadata:
labels:
app: kubernetes-bootcamp-v1
spec:
containers:
-image: jocatalin/kubernetes-bootcamp:v1
name: kubernetes-bootcamp-v1

使用 kubectl apply 创建 Deployment 资源:

 复制代码

# kubectl apply -f kubernetes-bootcamp-v1.yaml
deployment.apps/kubernetes-bootcamp-v1 created
# kubectlgetpod
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
kubernetes-bootcamp-v1-c5ccf9784-m79vt1/1Running03s
kubernetes-bootcamp-v1-c5ccf9784-5blct1/1Running03s

创建 Service：

 复制代码

# kubectl apply -f -
apiVersion:v1
kind:Service
metadata:
labels:
app:kubernetes-bootcamp-v1
name:kubernetes-bootcamp-v1
spec:
ports:
-port:8080
protocol:TCP
targetPort:8080
selector:
app:kubernetes-bootcamp-v1
type:ClusterIP
# kubectl get service
NAMETYPECLUSTER-IPEXTERNAL-IPPORT(S)AGE
kubernetesClusterIP10.43.0.1443/TCP29m
kubernetes-bootcamp-v1ClusterIP10.43.132.978080/TCP8m14s
# curl 10.43.132.97:8080
HelloKubernetesbootcamp!|Running on:kubernetes-bootcamp-v1-c5ccf9784-5blct|v=1

我们不需要再单独安装其他 ingress controller，因为 k3s 已经内置了 Traefik，直接创建 Ingress:

 复制代码

# kubectl apply -f -
apiVersion:extensions/v1beta1
kind:Ingress
metadata:
name:"int32bit-test-ingress"
labels:
app:int32bit-test-ingress
spec:
rules:
-host:test.int32bit.me
http:
paths:
-path:/v1
backend:
serviceName:"kubernetes-bootcamp-v1"
servicePort:8080
# kubectl get ingress int32bit-test-ingress
NAMEHOSTSADDRESSPORTSAGE
int32bit-test-ingresstest.int32bit.me192.168.193.197805m54s

其中 192.168.193.197 为 master 节点的 IP，由于我们没有 DNS 解析，因此可以通过配置 /etc/hosts 文件进行静态配置:

 复制代码

192.168.193.197test.int32bit.me

此时我们就可以直接通过 ingress 地址 test.int32bit.me 访问我们的服务了，ingress 直接通过 ClusterIP 转发，不需要 NodePort ：

 复制代码

# curl http://test.int32bit.me/v1
Hello Kubernetes bootcamp!| Running on: kubernetes-bootcamp-v1-c5ccf9784-5blct | v=1

我们发现 k3s 和 k8s 的 Resource 声明完全兼容，没有任何区别。

4 k3s 网络

4.1 CNI 网络

k3s 内置了 Flannel 网络插件，默认使用 VXLAN 后端，默认 IP 段为 10.42.0.0/16 。

 复制代码

# ip -o -d link show flannel.1
14: flannel.1:  mtu8951\
qdisc noqueue state UNKNOWN mode DEFAULT groupdefault\
link/ether46:61:15:1f:1e:3fbrd ff:ff:ff:ff:ff:ff promiscuity0\
vxlan id1local192.168.193.197dev ens5 \
srcport00dstport8472nolearning ttl inherit ageing300\
udpcsum noudp6zerocsumtx noudp6zerocsumrx addrgenmode eui64 \
numtxqueues1numrxqueues1gso_max_size65536gso_max_segs65535

内置的 Flannel 除了 VXLAN 还支持 ipsec、host-gw 以及 wireguard。

当然除了默认的 Flannel，k3s 还支持其他 CNI，如 Canal、Calico 等。

4.2 其他网络组件

k3s 除了内置 Flannel 网络插件以外，还内置了 CoreDNS、Traefik Ingress Controller、Service Load Balancer，如果不使用默认的组件，用户也可以自己部署其他组件，比如使用 MetalLB 替代内置的 load balancer。

5 k3s 存储

5.1 内置本地存储插件

k3s 删除了 k8s 内置 cloud provider 以及 storage 插件（当然这不会影响使用通过手动安装的外部插件），内置了 Local Path Provider。

比如我们创建一个 2G 的 PVC:

 复制代码

# kubectl apply -f -
apiVersion:v1
kind:PersistentVolumeClaim
metadata:
name:local-path-pvc
namespace:default
spec:
accessModes:
- ReadWriteOnce
storageClassName:local-path
resources:
requests:
storage:2Gi

创建一个 Pod 使用新创建的 PVC:

 复制代码

# kubectl apply -f -
apiVersion:v1
kind:Pod
metadata:
name:volume-test
spec:
containers:
-name:volume-test
image:jocatalin/kubernetes-bootcamp:v1
volumeMounts:
-name:volv
mountPath:/data
volumes:
-name:volv
persistentVolumeClaim:
claimName:local-path-pvc

查看创建的 Pod 以及 PVC:

 复制代码

# kubectl get pod volume-test
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
volume-test1/1Running0116s
# kubectl get pvc
NAME STATUS VOLUME CAPACITY ACCESS MODES STORAGECLASS AGE
local-path-pvc Bound pvc-6bd15859-540f-4ade-94dc-821e29cacdba2Gi RWO local-path4m8s
# kubectl get pv
NAME CAPACITY ACCESS MODES RECLAIM POLICY STATUS CLAIM STORAGECLASS REASON AGE
pvc-6bd15859-540f-4ade-94dc-821e29cacdba2Gi RWO Delete Bounddefault/local-path-pvc local-path106s

查看 PV：

 复制代码

# kubectl describe pv
Name:pvc-6bd15859-540f-4ade-94dc-821e29cacdba
Labels:
Annotations:pv.kubernetes.io/provisioned-by: rancher.io/local-path
Finalizers:[kubernetes.io/pv-protection]
StorageClass:local-path
Status:Bound
Claim:default/local-path-pvc
Reclaim Policy: Delete
Access Modes: RWO
VolumeMode:Filesystem
Capacity:2Gi
Node Affinity:
Required Terms:
Term0: kubernetes.io/hostname in [ip-192-168-193-197]
Message:
Source:
Type:HostPath (bare host directory volume)
Path:/var/lib/rancher/k3s/storage/pvc-6bd15859-540f-4ade-94dc-821e29cacdba
HostPathType:DirectoryOrCreate
Events:

可见其实就类似 k8s 的 HostPath 存储卷类型。

5.2 使用外部存储 Longhorn

前面提到的内置 local path 存储，只能单机使用，不支持跨主机使用，也不支持存储的高可用。

可以通过使用外部的存储插件解决 k3s 存储问题，比如 Longhorn ^[2] 。

Longhorn 是专门针对 Kubernetes 设计开发的云原生分布式块存储系统，可以直接使用 kubectl apply 或者 helm 安装:

 复制代码

kubectl apply -fhttps://raw.githubusercontent.com/longhorn/longhorn/master/deploy/longhorn.yaml

为了能够访问 Longhorn Dashboard，我创建如下 ingress:

 复制代码

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
name:"longhorn-ui"
namespace: longhorn-system
labels:
app: longhorn-ui
spec:
rules:
-host: longhorn-frontend.int32bit.me
http:
paths:
-path: /
backend:
serviceName:"longhorn-frontend"
servicePort:80
-host: longhorn-backend.int32bit.me
http:
paths:
-path: /
backend:
serviceName:"longhorn-backend"
servicePort:9500

通过 http://longhorn-frontend.int32bit.me/dashboard 即可访问 Dashboard:

longhorn

安装 Longhorn storageclass:

 复制代码

kubectl create -f \
https://raw.githubusercontent.com/longhorn/longhorn/master/examples/storageclass.yaml

创建 PVC:

 复制代码

# kubectl apply -f -
apiVersion:v1
kind:PersistentVolumeClaim
metadata:
name:longhorn-volv-pvc
spec:
accessModes:
- ReadWriteOnce
storageClassName:longhorn
resources:
requests:
storage:2Gi

创建 Pod 使用新创建的 PVC:

 复制代码

# kubectl apply -f -
apiVersion:v1
kind:Pod
metadata:
name:test-volume-longhorn
spec:
containers:
-name:test-volume-longhorn
image:jocatalin/kubernetes-bootcamp:v1
volumeMounts:
-name:volv
mountPath:/data
volumes:
-name:volv
persistentVolumeClaim:
claimName:longhorn-volv-pvc

通过 Longhorn Dashboard 查看 volume:

longhorn-pvc

可见 PV 已经挂载到 Pod test-volume-longhorn 中。

6 加上 k9s，全了

最后，附上 k9s，这样 k3s、k8s、k9s 全了 : )

 复制代码

https://github.com/derailed/k9s/releases/download/v0.19.0/k9s_Linux_x86_64.tar.gz
tar xvzf k9s_Linux_x86_64.tar.gz
mv k9s/usr/local/bin/kubectl-k9s

k9s

写在最后

k3s 在去年的 2 月就已经推出并开源，现在不算是新东西，周末正好没啥事于是安装体验下，主要还是想使用下 mdnice ^[3] 体验下公众号文章排版效果。

使用后一次后发现，mdnice 真的是特别适合技术类公众号文章编辑：

Markdown 语法，支持在线编辑，写完后即排版成功，复制即可粘贴到微信公众号 ;
支持零配置图床、脚注、代码、公式 ;
内置 18 种风格主题，支持自定义 CSS 样式 ;
内容在浏览器中实时保存 ;
支持 chrome 插件，可直接在微信公众平台上编辑。

尤其是代码块，代码高亮和滚屏是刚需。目前很多公众号编辑器支持得都不是很好，比如秀米就对代码块的支持效果非常不好。而 midnice 直接使用 Markdown 语法嵌入代码块，并且支持 Atom、Monokai、github、vs2015、xcode 等多种代码风格。

参考资料

[1] k3s: https://rancher.com/docs/k3s/latest/en/

[2] Longhorn: https://github.com/longhorn/longhorn

[3] mdnice: https://docs.mdnice.com/#/

本文转载自公众号 int32bit（ID：int32bit）。

原文链接：

https://mp.weixin.qq.com/s/gtw6k-jmtatlk8LSkMzGiA

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轻量级 Kubernetes k3s 初探

1 k3s 简介–5 less than K8s

2 一键式安装 k3s

3 和使用 k8s 一样使用 k3s

3.1 和使用 k8s 一样使用 k3s 命令工具

3.2 和使用 k8s 一样创建 k3s 资源

4 k3s 网络

4.1 CNI 网络

4.2 其他网络组件

5 k3s 存储

5.1 内置本地存储插件

5.2 使用外部存储 Longhorn

6 加上 k9s，全了

写在最后

参考资料

本文转载自公众号 int32bit（ID：int32bit）。

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1 k3s 简介–5 less than K8s

2 一键式安装 k3s

3 和使用 k8s 一样使用 k3s

3.1 和使用 k8s 一样使用 k3s 命令工具

3.2 和使用 k8s 一样创建 k3s 资源

4 k3s 网络

4.1 CNI 网络

4.2 其他网络组件

5 k3s 存储

5.1 内置本地存储插件

5.2 使用外部存储 Longhorn

6 加上 k9s，全了

写在最后

参考资料

本文转载自公众号 int32bit（ID：int32bit）。

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