K3S 是 Rancher 为物联网（IoT）和边缘计算环境开发的轻量级 Kubernetes 发行版本。相比原生的 Kubernetes，其移除了很多非必要的组件，例如云控制管理器（CCM）、内置的（In-Tree）的存储插件等，以及为 ARM 架构的基础设施做了优化。
K3s 的轻量级同时也体现在其打包成一个二进制可执行文件进行分发，状态存储除了支持 etcd 外，还支持 Sqlite3、MySQl 和 Postgres。其跟多特性可参考官方文档。
K3s 支持单节集群部署（可用于开发测试环境），也支持高可用的多节点集群。同时还可以通过 k3d 项目快速在本地开发环境使用 Docker 容器部署 k3s 集群作为开发环境。
这里我将演示通过虚拟机部署一个高可用的多节点集群（3 个 Servers 节点 + 3 个 Agent 节点）。
k3S 架构
上图是来自 k3s 官网的架构图，其架构与 Kubernetes 的架构是相似的，k3s 的 server 节点也就是控制面节点，agent 节点是工作负载节点。k3s 默认使用 containerd 作为容器运行时。
更信息的部署架构可参考官方文档。
准备虚拟机节点
这里我们将部署 3 + 3 的集群，需要 6 台虚拟机，基本配置如下
部署的最小需求，可参考官方文档。
K3s 支持大部分主流的 Linux 操作系统，这里我使用的是 openSUSE Leap Micro 15.2，其是一个基于 openSUSE，为容器负载而设计的操作系统。
为了部署简单，这里我们禁用了系统的防火墙，如果开启防火墙，需要为 Server 节点开放如下端口
6443/TCP - Kubernetes API 服务
8472/UDP - Flannel VXLAN 模式需要
51820/UDP - Flannel Wireguard 后端需要
10250/TCP - Kubelet metrics 需要
2379-2380/TCP - 基于内嵌 etcd 高可用部署模式需要
启动 Server 节点
首先登陆到第一个 Server 节点 homek3s-server1，然后下载最新版本（v1.24.3+k3s1）的 k3s 二进制文件
# curl -sfL https://github.com/k3s-io/k3s/releases/download/v1.24.3%2Bk3s1/k3s -o /usr/local/bin/k3s# chmod +x k3s# k3s --versionk3s version v1.24.3+k3s1 (990ba0e8)go version go1.18.1
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k3s 支持一下几个子命令
k3s server - 用于运行管理服务节点
k3s agent - 用于运行 agent 工作节点
k3s kubectl - 运行 kubectl 命令
k3s crictl - 运行 crictl 容器管理命令
其他的命令帮助，请通过 k3s --help 查看。
这里我们将要创建一个使用内置 etcd 数据库的高可用集群，执行如下命令
# k3s server --cluster-init --advertise-address=192.168.0.150 --tls-san=homek3s.mengz.lan --write-kubeconfig-mode=644
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参数 --cluster-init 是使用内置的 etcd 初始户一个新的集群;
参数 --advertise-address 是指定 API 服务器的监听 IP 地址，如果不指定，默认为节点的 IP 地址;
参数 --tls-san 是指定额外的域名或者 IP 地址作为 TLS 证书的 SAN，使得我们从客户端可通过域名访问而 API 服务器。
运行成功后，在 homek3s-server1 打开另一个终端执行
# k3s kubectl get noNAME STATUS ROLES AGE VERSIONhomek3s-server1 Ready control-plane,etcd,master 27h v1.24.3+k3s1
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可以看到，集群中以及运行了一个节点，不过这时 k3s 服务是启动在前台的，我们需要配置一个 systemd 服务，让其以服务形式运行。
创建文件 /etc/systemd/system/k3s.service，内如如下
[Unit]Description=Lightweight KubernetesDocumentation=https://k3s.ioAfter=network-online.targetWants=network-online.target
[Service]Type=notifyEnvironmentFile=-/etc/default/%NEnvironmentFile=-/etc/sysconfig/%NEnvironmentFile=-/etc/systemd/system/k3s.service.envExecStartPre=/bin/sh -xc '! /usr/bin/systemctl is-enabled --quiet nm-cloud-setup.service'ExecStart=/usr/local/bin/k3s serverKillMode=processDelegate=yes# Having non-zero Limit*s causes performance problems due to accounting overhead# in the kernel. We recommend using cgroups to do container-local accounting.LimitNOFILE=1048576LimitNPROC=infinityLimitCORE=infinityTasksMax=infinityTimeoutStartSec=0Restart=alwaysRestartSec=5s
[Install]WantedBy=multi-user.target
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终止刚才运行的 k3s 进程，然后执行
# systemctl enable --now k3s.server
# systemctl status k3s● k3s.service - Lightweight Kubernetes Loaded: loaded (/etc/systemd/system/k3s.service; enabled; vendor preset: disabled) Active: active (running) since Fri 2022-07-22 03:31:21 CST; 18h ago Docs: https://k3s.io Process: 1121 ExecStartPre=/bin/sh -xc ! /usr/bin/systemctl is-enabled --quiet nm-cloud-setup.service (code=exited, status=0/SUCCESS) Main PID: 1129 (k3s-server) Tasks: 120 CGroup: /system.slice/k3s.service ...
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这是后 k3s 进程将以服务的形式运行在后台了。
执行完上述步骤后，k3s 将会生产集群的管理员 kubeconfig 文件 - /etc/rancher/k3s/k3s.yaml，可将该文件拷贝的本地环境，修改 server 内容
server: https://127.0.0.1:6443server: https://192.168.0.150:6443
这样就可以在本地主机上使用 kubectl 访问集群了。
接下来，我们将在其他 Server 节点上启动 k3s，并作为管理节点加入集群，首先在第一个节点 homek3s-server1 上获取到集群的 Token
# cat /var/lib/rancher/k3s/server/node-token K1087c3ff53c94a3c3b20475e84602f1e6d46f1b3903f2979f144800990897b06ac::server:fb8e7aa7ba23d7652942b09cb440ba24
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SSH 登陆其他 Server 节点（homek3s-server2 和 homek3s-server3），执行如下步骤
下载相同版本的 k3s 二进制文件到 /usr/local/bin/k3s
执行如下命令加入集群
# k3s server --server=https://192.168.0.150:6443 --token=${NODE_TOKEN}
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其中 ${NODE_TOKEN} 是上面从第一个节点获取的 Token 内容。
如第一个节点一样，配置 etc/systemd/system/k3s.service，将 k3s 进程启动以服务方式启动。
完成上述步骤后，通过 kubectl 查看节点
❯ k get noNAME STATUS ROLES AGE VERSIONhomek3s-server1 Ready control-plane,etcd,master 28h v1.24.3+k3s1homek3s-server2 Ready control-plane,etcd,master 27h v1.24.3+k3s1homek3s-server3 Ready control-plane,etcd,master 27h v1.24.3+k3s1
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启动 Agent 节点
在启动完 3 个管理节点（Server）的集群之后，我接下来继续添加工作节点（Agent）到集群中，登陆到 3 个 Agent 节点之下如下步骤（3 个节点上的操作相同）
下载相同版本的 k3s 二进制文件到 /usr/local/bin/k3s （方法与 Server 节点上一样）
执行如下命令，以工作节点加入集群
# k3s agent --server=https://192.168.0.150:6443 --token=${NODE_TOKEN}
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${NODE_TOKEN} 是上面获取的节点 Token 值。
执行成功之后，也需要将 k3s 的 agent 进程以服务方式启动，这里与 Server 节点有些不同，创建文件 /etc/systemd/system/k3s-agent.service，内容如下
[Unit]Description=Lightweight KubernetesDocumentation=https://k3s.ioAfter=network-online.targetWants=network-online.target
[Service]Type=notifyEnvironmentFile=-/etc/default/%NEnvironmentFile=-/etc/sysconfig/%NEnvironmentFile=-/etc/systemd/system/k3s-agent.service.envExecStartPre=/bin/sh -xc '! /usr/bin/systemctl is-enabled --quiet nm-cloud-setup.service'ExecStart=/usr/local/bin/k3s agent --server=${K3S_URL} --token=${K3S_TOKEN}KillMode=processDelegate=yes# Having non-zero Limit*s causes performance problems due to accounting overhead# in the kernel. We recommend using cgroups to do container-local accounting.LimitNOFILE=1048576LimitNPROC=infinityLimitCORE=infinityTasksMax=infinityTimeoutStartSec=0Restart=alwaysRestartSec=5s
[Install]WantedBy=multi-user.target
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然后再创建文件 /etc/systemd/system/k3s-agent.service.env，内容如下
K3S_URL="https://192.168.0.150:6443"K3S_TOKEN="K1087c3ff58c94a3c3b20475e84602f8e6d46f1b3903f2979f144800990897b06ac::server:fb8e7aa7ba23d7652942b09cb440ba24"
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注意，将以上的 K3S_TOKEN 替换成你的值。
然后执行
# sysetmctl enable --now k3s-agent.service
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3 个 Agent 节点都启动完成之后，使用 kubectl 查看节点
❯ k get noNAME STATUS ROLES AGE VERSIONhomek3s-agent1 Ready <none> 27h v1.24.3+k3s1homek3s-agent2 Ready <none> 26h v1.24.3+k3s1homek3s-agent3 Ready <none> 26h v1.24.3+k3s1homek3s-server1 Ready control-plane,etcd,master 28h v1.24.3+k3s1homek3s-server2 Ready control-plane,etcd,master 27h v1.24.3+k3s1homek3s-server3 Ready control-plane,etcd,master 27h v1.24.3+k3s1
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可以看到，我们以及通过 K3S 部署了一个 3+3 的高可用 Kubernetes 集群。
部署应用
成功启动一个 K3S 集群，除了 Kubernetes 必要的组件之外，还自动为集群部署以下组件
Traefik 的 Load Balancer 类型的服务就直接通过每个节点的 80 和 443 端口暴露了
❯ k get svc -n kube-systemtraefik LoadBalancer 10.43.66.163 192.168.0.150,192.168.0.151,192.168.0.152,192.168.0.154,192.168.0.155,192.168.0.156 80:30833/TCP,443:32747/TCP 28h
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因此，我们可以直接创建应用，并通过 Ingress 向外暴露服务，这里我们创建一个简单的 Web 服务，也就是 Docker的教程，创建如下资源文件 docker-tour.yaml
---apiVersion: apps/v1kind: Deploymentmetadata: labels: com.docker.project: tutorial name: tutorialspec: replicas: 1 selector: matchLabels: com.docker.project: tutorial strategy: type: Recreate template: metadata: labels: com.docker.project: tutorial spec: containers: - image: docker/getting-started name: tutorial ports: - containerPort: 80 protocol: TCP resources: {} restartPolicy: Always---apiVersion: v1kind: Servicemetadata: name: tutorialspec: ports: - name: 80-tcp port: 80 protocol: TCP targetPort: 80 selector: com.docker.project: tutorial type: ClusterIP---apiVersion: networking.k8s.io/v1kind: Ingressmetadata: name: tutorial labels: com.docker.project: tutorialspec: # ingressClassName: contour rules: - host: "tour.homek3s.lan" http: paths: - pathType: Prefix path: "/" backend: service: name: tutorial port: number: 80
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然后执行
❯ kubectl apply -f docker-tour.yaml
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在你的内部 DNS 服务器，或者 /etc/hosts 中配置域名解析，将 tour.homek3s.lan 解析到任何一个节点的 IP 地址，如
192.168.0.150 tour.homek3s.lan
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通过浏览器访问 https://tour.homek3s.lan/ ，将打开部署的应用。
总结
这里演示了如果通过 K3S 部署一个高可用的 Kubernetes 集群，使用 k3s 内置 etcd 的方式作为入门，k3s 还支持使用外部的数据存储以及其他更多的部署选项，可参考官方文档。K3s 作为一个轻量级的 kubernetes 版本，以了单一的二进制文件 - k3s 进行分发，可以快速部署开发测试，以及边缘生产级别的集群。
后期将会继续探索另一款开源的轻量级 Kubeernets 版本 - K0S。
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