轻量级Kubernetes k3s初探

文章来源：infoq付广平

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:

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:

# 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
alias kubectl='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：

# kubectl  get pod -n kube-system
NAME                                      READY   STATUS      RESTARTS   AGE
metrics-server-6d684c7b5-4qppl            1/1     Running     0          70m
local-path-provisioner-58fb86bdfd-8l4hn   1/1     Running     0          70m
helm-install-traefik-pltbs                0/1     Completed   0          70m
coredns-6c6bb68b64-b9qcl                  1/1     Running     0          70m
svclb-traefik-2ttg2                       2/2     Running     0          70m
traefik-7b8b884c8-xkm77                   1/1     Running     0          70m

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:

alias docker='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:

# docker  ps
CONTAINER           IMAGE               CREATED             STATE               NAME                     ATTEMPT             POD ID
deedde06105b5       8fafd8af70e9a       6 minutes ago       Running             kubernetes-bootcamp-v1   0                   b59bdf9ed7b2a
5464873f8064a       8fafd8af70e9a       6 minutes ago       Running             kubernetes-bootcamp-v1   0                   51d2058a38262
d8ae5df73ee95       aa764f7db3051       About an hour ago   Running             traefik                  0                   a7990965f71c3
1ecdf0ce98ebf       897ce3c5fc8ff       About an hour ago   Running             lb-port-443              0                   4057796b8eddd
021a4d7bcc391       897ce3c5fc8ff       About an hour ago   Running             lb-port-80               0                   4057796b8eddd
089ee47dd3de0       c4d3d16fe508b       About an hour ago   Running             coredns                  0                   5e54975c3ae1e
3c97b40b9beed       9d12f9848b99f       About an hour ago   Running             local-path-provisioner   0                   5a4e666f9c8f7
ac020ab1621c0       9dd718864ce61       About an hour ago   Running             metrics-server           0                   f69f6812b7a66

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:

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:

# kubectl  apply -f kubernetes-bootcamp-v1.yaml
deployment.apps/kubernetes-bootcamp-v1 created
# kubectl  get pod
NAME                                     READY   STATUS        RESTARTS   AGE
kubernetes-bootcamp-v1-c5ccf9784-m79vt   1/1     Running       0          3s
kubernetes-bootcamp-v1-c5ccf9784-5blct   1/1     Running       0          3s

创建Service：

# 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
NAME                     TYPE        CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)    AGE
kubernetes               ClusterIP   10.43.0.1      <none>        443/TCP    29m
kubernetes-bootcamp-v1   ClusterIP   10.43.132.97   <none>        8080/TCP   8m14s
# curl 10.43.132.97:8080
Hello Kubernetes bootcamp! | 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:

# 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
NAME                    HOSTS              ADDRESS           PORTS   AGE
int32bit-test-ingress   test.int32bit.me   192.168.193.197   80      5m54s

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:

192.168.193.197 test.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：

# 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。

# ip -o -d link show flannel.1
14: flannel.1: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 8951 \
    qdisc noqueue state UNKNOWN mode DEFAULT group default \
    link/ether 46:61:15:1f:1e:3f brd ff:ff:ff:ff:ff:ff promiscuity 0 \
    vxlan id 1 local 192.168.193.197 dev ens5 \
    srcport 0 0 dstport 8472 nolearning ttl inherit ageing 300 \
    udpcsum noudp6zerocsumtx noudp6zerocsumrx addrgenmode eui64 \
    numtxqueues 1 numrxqueues 1 gso_max_size 65536 gso_max_segs 65535

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:

# 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:

# 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:

# kubectl get pod volume-test
NAME          READY   STATUS    RESTARTS   AGE
volume-test   1/1     Running   0          116s
# kubectl get pvc
NAME             STATUS   VOLUME                                     CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
local-path-pvc   Bound    pvc-6bd15859-540f-4ade-94dc-821e29cacdba   2Gi        RWO            local-path     4m8s
# kubectl get pv
NAME                                       CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS   CLAIM                    STORAGECLASS   REASON   AGE
pvc-6bd15859-540f-4ade-94dc-821e29cacdba   2Gi        RWO            Delete           Bound    default/local-path-pvc   local-path              106s

查看PV：

# kubectl describe  pv
Name:              pvc-6bd15859-540f-4ade-94dc-821e29cacdba
Labels:            <none>
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:
    Term 0:        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:            <none>

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:

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

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

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:

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

创建PVC:

# 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:

# 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 : )

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/#/

发表于: 2020-04-122020-04-12 14:13:00
本文为 InfoQ 中文站特供稿件
首发地址：https://www.infoq.cn/article/0c7viUfLrxOZeh7qlRBT
如有侵权，请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

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