一、k3s介绍

 1.1、什么是k3s

中文网站： http://docs.rancher.cn/docs/k3s/quick-start/_index/

k3s是经过CNCF认证的由Rancher公司开发维护的一个轻量级的 Kubernetes 发行版，内核机制还是和 k8s 一样，但是剔除了很多外部依赖以及 K8s 的 alpha、beta 特性，同时改变了部署方式和运行方式，目的是轻量化 K8s，简单来说，K3s 就是阉割版 K8s，消耗资源极少。它主要用于边缘计算、物联网等场景。K3s 具有以下特点：

1）安装简单，占用资源少，只需要512M内存就可以运行起来；
2）apiserver 、schedule 等组件全部简化，并以进程的形式运行在节点上，把程序都打包为单个二进制文件，每个程序只需要占用100M内存；
3）使用基于sqlite3的轻量级存储后端作为默认存储机制。同时支持使用etcd3、MySQL 和PostgreSQL作为存储机制；
4）默认使用 local-path-provisioner 提供本地存储卷；
5）默认安装了Helm controller 和 Traefik Ingress controller；
6）所有 Kubernetes control-plane 组件的操作都封装在单个二进制文件和进程中，使 K3s 具有自动化和管理包括证书分发在内的复杂集群操作的能力。
7）减少外部依赖，操作系统只需要安装较新的内核（centos7.6就可以，不需要升级内核）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。

1.2、边缘计算

1.3、k3s架构

1.3.1、单节点的k3s架构

1）k3s server节点是运行k3s server命令的机器（裸机或者虚拟机），而k3s Agent 节点是运行k3s agent命令的机器。

2）单点架构只有一个控制节点（在 K3s 里叫做server node，相当于 K8s 的 master node），而且K3s的数据存储使用 sqlite 并内置在了控制节点上

3）在这种配置中，每个 agent 节点都注册到同一个 server 节点。K3s 用户可以通过调用server节点上的K3s API来操作Kubernetes资源。

1.3.2、高可用的K3S架构

虽然单节点 k3s 集群可以满足各种用例，但对于 Kubernetes control-plane 的正常运行至关重要的环境，可以在高可用配置中运行 K3s。一个高可用 K3s 集群由以下几个部分组成：

1）K3s Server 节点：两个或者更多的server节点将为 Kubernetes API 提供服务并运行其他 control-plane 服务

2）外部数据库：外部数据存储（与单节点 k3s 设置中使用的嵌入式 SQLite 数据存储相反）

二、k3s部署

2.1、环境规划

集群角色	ip地址	安装的组件	配置
server节点	192.168.40.180	k3s server	2C2G
agent节点	192.168.40.181	k3s agent	2C2G

2.2、安装步骤

1）系统初始化

1、配置yum源
2、关掉防火墙
3、关掉selinux
4、修改内核参数
5、关掉swap交换分区

2）安装containerd

yum install -y yum-utils
yum-config-manager --add-repo http://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo
yum install containerd -y
systemctl start containerd && systemctl enable containerd

3）安装k3s

# 在k3s server上执行
curl -sfL http://rancher-mirror.cnrancher.com/k3s/k3s-install.sh | INSTALL_K3S_MIRROR=cn sh -

4）验证安装是否成功

[root@k3s-server ~]# kubectl get nodes
NAME         STATUS   ROLES                  AGE   VERSION
k3s-server   Ready    control-plane,master   13m   v1.21.2+k3s1
[root@k3s-server ~]# kubectl get pods -n kube-system
NAME                                      READY   STATUS      RESTARTS   AGE
metrics-server-86cbb8457f-bpt5v           1/1     Running     0          13m
coredns-7448499f4d-fsvsd                  1/1     Running     0          13m
local-path-provisioner-5ff76fc89d-xqlq9   1/1     Running     0          13m
helm-install-traefik-crd-k5dcn            0/1     Completed   0          13m
helm-install-traefik-lg4cs                0/1     Completed   0          13m
svclb-traefik-nnlmh                       2/2     Running     0          7m59s
traefik-97b44b794-qlkwx                   1/1     Running     0          8m
[root@k3s-server ~]# kubectl get svc
NAME         TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
kubernetes   ClusterIP   10.43.0.1    <none>        443/TCP   14m

5）k3s集群添加work节点

# 提取join token
[root@k3s-server ~]# cat /var/lib/rancher/k3s/server/node-token
K10ea021e6e6ca43973ceeb1ec005ffe5bc4d4e1b5993914081cdc9480826dbaac1::server:ec6135f63a1e4f4447ea8fe42c6508b1

# 在agent上执行
[root@k3s-agent ~]# curl -sfL http://rancher-mirror.cnrancher.com/k3s/k3s-install.sh | INSTALL_K3S_MIRROR=cn K3S_URL=https://192.168.40.180:6443 K3S_TOKEN=K10ea021e6e6ca43973ceeb1ec005ffe5bc4d4e1b5993914081cdc9480826dbaac1::server:ec6135f63a1e4f4447ea8fe42c6508b1 sh -

# 查看
[root@k3s-server ~]# kubectl get nodes
NAME         STATUS   ROLES                  AGE   VERSION
k3s-server   Ready    control-plane,master   21m   v1.21.2+k3s1
k3s-agent    Ready    <none>                 68s   v1.21.2+k3s1

三、k3s部署应用- Guestbook 留言板

1）安装redis-master

[root@k3s-server ~]# cat redis-master-deployment.yaml 
apiVersion: apps/v1 
kind: Deployment
metadata:
  name: redis-master
  labels:
    app: redis
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: redis
      role: master
      tier: backend
  replicas: 1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: redis
        role: master
        tier: backend
    spec:
      containers:
      - name: master
        image: kubeguide/redis-master
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        ports:
        - containerPort: 6379
        
[root@k3s-server ~]# cat redis-master-service.yaml 
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: redis-master
  labels:
    app: redis
    role: master
    tier: backend
spec:
  ports:
  - port: 6379
    targetPort: 6379
  selector:
    app: redis
    role: master
    tier: backend
    
# 更新
[root@k3s-server ~]# kubectl apply -f redis-master-deployment.yaml 
[root@k3s-server ~]# kubectl apply -f redis-master-service.yaml

注意：如果已经有离线镜像包，可用如下方法导入

[root@k3s-agent ~]# ctr images import frontend.tar.gz
[root@k3s-agent ~]# ctr images import redis-master.tar.gz
[root@k3s-agent ~]# ctr images import redis-slave.tar.gz

2）安装redis-slave

[root@k3s-server ~]# cat redis-slave-deployment.yaml 
apiVersion: apps/v1 
kind: Deployment
metadata:
  name: redis-slave
  labels:
    app: redis
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: redis
      role: slave
      tier: backend
  replicas: 1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: redis
        role: slave
        tier: backend
    spec:
      containers:
      - name: slave
        image: kubeguide/guestbook-redis-slave
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        env:
        - name: GET_HOSTS_FROM
          value: dns
        ports:
        - containerPort: 6379

[root@k3s-server ~]# cat redis-slave-service.yaml 
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: redis-slave
  labels:
    app: redis
    role: slave
    tier: backend
spec:
  ports:
  - port: 6379
  selector:
    app: redis
    role: slave
    tier: backend
    
[root@k3s-server ~]# kubectl apply -f redis-slave-deployment.yaml 
[root@k3s-server ~]# kubectl apply -f redis-slave-service.yaml
[root@k3s-server ~]# kubectl get pods
NAME                            READY   STATUS    RESTARTS   AGE
redis-master-7f9c7745cf-qb8jd   1/1     Running   0          9m9s
redis-slave-66c6dd7c96-v7d48    1/1     Running   0          114s

3）创建frontend

[root@k3s-server ~]# cat frontend-deployment.yaml 
apiVersion: apps/v1 
kind: Deployment
metadata:
  name: frontend
  labels:
    app: guestbook
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: guestbook
      tier: frontend
  replicas: 1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: guestbook
        tier: frontend
    spec:
      containers:
      - name: php-redis
        image: kubeguide/guestbook-php-frontend
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        env:
        - name: GET_HOSTS_FROM
          value: dns
        ports:
        - containerPort: 80

[root@k3s-server ~]# cat frontend-service.yaml 
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: frontend
  labels:
    app: guestbook
    tier: frontend
spec:
  type: NodePort 
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 80
    nodePort: 30001
  selector:
    app: guestbook
    tier: frontend
    
[root@k3s-server ~]# kubectl apply -f frontend-deployment.yaml 
[root@k3s-server ~]# kubectl apply -f frontend-service.yaml
[root@k3s-server ~]# kubectl get pods
NAME                            READY   STATUS    RESTARTS   AGE
redis-master-7f9c7745cf-qb8jd   1/1     Running   0          16m
redis-slave-66c6dd7c96-v7d48    1/1     Running   0          9m37s
frontend-cc6c958c7-jddl6        1/1     Running   0          2m56s
[root@k3s-server ~]# kubectl get svc
NAME           TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
kubernetes     ClusterIP   10.43.0.1       <none>        443/TCP        42m
redis-master   ClusterIP   10.43.41.230    <none>        6379/TCP       17m
redis-slave    ClusterIP   10.43.220.9     <none>        6379/TCP       9m50s
frontend       NodePort    10.43.147.104   <none>        80:30001/TCP   6m23s

四、k3s卸载

# 在server节点执行如下：
[root@k3s-server ~]# /usr/local/bin/k3s-uninstall.sh

# 在agent节点执行如下：
[root@k3s-agent ~]# /usr/local/bin/k3s-agent-uninstall.sh