Kubernetes 入門到實踐：搭建 K3s 集群初體驗

實踐環境#

Ubuntu 22.04
Docker 20.10.13
K3s v1.23.13+k3s1

本文將使用 Ubuntu 系統，如選擇 Centos 系統，亦可作為參考，其步驟與命令大同小異，萬變不離其宗。

本文首發於：https://github.com/y0ngb1n/y0ngb1n.github.io

安裝 Docker#

K3s 包含並默認為 containerd，一個行業標準的容器運行時。本文將使用 Docker 作為容器運行時，需要提前安裝 Docker 環境。

# 更新軟件源
sudo apt update

# 切換 root 用戶
sudo su -

# 安裝 docker
apt install docker.io

# 啟動 docker daemon
systemctl enable --now docker
systemctl status docker

# 驗證 docker 環境
docker version && docker info
docker ps

後續啟動 K3s 時使用--docker 选项激活。參考使用 Docker 作為容器運行時文檔。

安裝 K3s#

Lightweight Kubernetes. Production ready, easy to install, half the memory, all in a binary less than 100 MB.

K3s 是一個高可用的、經過 CNCF 認證的輕量級 Kubernetes 發行版，專為物聯網及邊緣計算設計。

k3s 將安裝 Kubernetes 所需的一切打包進僅有 60MB 大小的二進制文件中，並且完全實現了 Kubernetes API。為了減少運行 Kubernetes 所需的內存，k3s 刪除了很多不必要的驅動程序，並用附加組件對其進行替換。由於它只需要極低的資源就可以運行，因此它能夠在任何 512MB 內存以上的設備上運行集群。

我們先從簡單的 K3s 上手，體驗下 K8s 的一半 K3s。待 K3s 大法修煉成功後，我們再採用 kubeadm 進行部署高可用 Kubernetes 集群，其部署架構幾乎一樣，只是個別核心組件的變化，萬變不離其宗，可依葫蘆畫瓢。

方案一：一鍵安裝（官方源，需外網）#

因 K3s 的核心組件鏡像需從 gcr.io 拉取（國內網絡不通），所以需具備外網訪問的環境，適用於伺服器均在國外的環境選用，簡單粗暴一鍵安裝。

# 一鍵默認安裝
curl -sfL https://get.k3s.io | sh -

方案二：一鍵安裝（國內源）推薦#

國內用戶，可以使用以下方法加速安裝，內置阿里雲鏡像源：

# 指定 K3s 版本
export INSTALL_K3S_VERSION=v1.23.13+k3s1

# 自定義啟動執行命令
export INSTALL_K3S_EXEC="--docker"

# 只安裝不啟動
export INSTALL_K3S_SKIP_START=true

# https://docs.rancher.cn/docs/k3s/installation/installation-requirements/_index#先決條件
# 為您添加到集群的每個節點設計一個獨特的名稱
export K3S_NODE_NAME=k3s-node-01

###
# agent 需加上，其他保持一致
###
# 設置了 K3S_URL，它將默認為“agent”。如果未設置K3S_URL，它將默認為“server”
export K3S_URL=
# 用於將 server 或 agent 加入集群的共享 secret
export K3S_TOKEN=

# 使用阿里雲鏡像源安裝
curl -sfL https://rancher-mirror.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/k3s/k3s-install.sh | INSTALL_K3S_MIRROR=cn sh -

# 啟動 K3s 服務
systemctl enable --now k3s

# 查看 K3s 服務狀態
systemctl status k3s

方案三：離線安裝#

前提條件 #

在安裝 K3s 之前，完成上面的部署私有鏡像倉庫或手動部署鏡像，導入安裝 K3s 所需要的鏡像。本小節將演示手動部署鏡像的方式。
從 K3s GitHub Release 頁面下載 K3s v1.23.13+k3s1 二進制文件，K3s 二進制文件需要與離線鏡像的版本匹配。將二進制文件放在每個離線節點的 /usr/local/bin 中，並確保這個二進制文件是可執行的。
下載 K3s 安裝腳本，將安裝腳本放在每個離線節點的任意地方，並命名為 install.sh。

當使用 INSTALL_K3S_SKIP_DOWNLOAD 環境變量運行 K3s 腳本時，K3s 將使用本地的腳本和二進制。

手動部署鏡像#

假設您已經在離線 / 國內環境中創建了節點。這種方法需要您手動將必要的鏡像部署到每個節點，適用於運行無法部署鏡像倉庫的邊緣部署場景。參考官方手動部署鏡像文檔。

從 K3s GitHub Release 頁面獲取需安裝的 K3s v1.23.13+k3s1 的鏡像 tar 文件。

將 tar 文件放在images目錄下，例如：

# 為每個節點創建離線鏡像的存儲文件夾
sudo mkdir -p /var/lib/rancher/k3s/agent/images/

# $ARCH 是當前伺服器的 CPU 架構
sudo cp ./k3s-airgap-images-$ARCH.tar /var/lib/rancher/k3s/agent/images/

需手動將鏡像部署到每個節點，在每個節點執行上述操作。

下載 K3s v1.23.13+k3s1 二進制文件#

從 K3s GitHub Release 頁面下載 K3s v1.23.13+k3s1 二進制文件，K3s 二進制文件需要與離線鏡像的版本匹配。將二進制文件放在每個離線節點的 /usr/local/bin 中，並確保這個二進制文件是可執行的。

使用腳本安裝#

安裝腳本可從下面任一地址下載：

腳本地址	說明
https://get.k3s.io/	官方地址，需要外網環境
https://rancher-mirror.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/k3s/k3s-install.sh	阿里源，內置阿里雲鏡像源
https://raw.githubusercontent.com/k3s-io/k3s/master/install.sh	GitHub 地址，同官方源

# 下載腳本
curl -sfL https://get.k3s.io > install.sh

# 切換 root 用戶
sudo su -

# 赋予執行權限
chmod +x install.sh

# 安裝 K3s，跳過下載二進制文件，只安裝，不啟動
INSTALL_K3S_SKIP_DOWNLOAD=true INSTALL_K3S_SKIP_START=true ./install.sh

# 啟動 K3s
systemctl enable --now k3s

驗證 K3s#

檢查集群#

# 查看集群的運行情況
kubectl get nodes -owide
kubectl get all -A -owide
kubectl describe nodes k3s-node-01
kubectl -n kube-system describe deploy coredns

# 使用 Docker 作為運行時，會使用 docker 拉取鏡像與運行容器
docker images
docker ps

牛刀小試#

啟動 whoami 服務#

# 快速部署 whoami 應用，指定副本為 2，默認副本為 1
kubectl create deploy whoami --image=traefik/whoami --replicas=2
kubectl describe deploy whoami
# 監控 pod 狀態，通過擴縮容可直觀看到 pod 的調度情況
kubectl get pods --watch
# 嘗試下對 whoami 應用進行擴縮容
kubectl scale deploy whoami --replicas=5

請求鏈路說明#

讓我們嘗試著理解下 k8s 的請求鏈路：

request public-ip -> node-port -> svc-port -> pod-port -> container

通過 Service 暴露給集群內部訪問#

默認為 NodePort 模式，會在每個節點監聽

kubectl expose deploy whoami --port=80
kubectl get svc -owide
kubectl describe svc whoami

# 在本地通過 service 多訪問幾次，出輪詢訪問 container
# curl http://<external-ip>:<port>
$ curl `kubectl get -o template service/whoami --template='{{.spec.clusterIP}}'`
Hostname: whoami-84d974bbd6-shqsr
IP: 127.0.0.1
IP: 10.42.0.13
RemoteAddr: 10.42.0.1:42158
GET / HTTP/1.1
Host: 10.43.181.167
User-Agent: curl/7.68.0
Accept: */*

通過 Service 暴露給集群外網訪問#

指定 LoadBalancer 模式並指定公網 IP

# 自行替換 <PUBLIC_IP> 為當前節點的公網 IP
kubectl expose deploy whoami --type=LoadBalancer --port=80 --external-ip <PUBLIC_IP>

$ kubectl get svc whoami -owide
NAME     TYPE           CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP       PORT(S)        AGE   SELECTOR
whoami   LoadBalancer   10.43.77.116   123.123.123.123   80:32101/TCP   16s   app=whoami

# 集群內部仍可正常訪問
curl 10.43.77.116
curl `kubectl get -o template service/whoami --template='{{.spec.clusterIP}}'`

# 通過外網瀏覽器訪問，需要開啟雲服務商的防火牆配置
# Ctrl + F5 多刷新幾次查看效果
http://123.123.123.123:32101

快速清理實驗環境#

kubectl delete all --all

卸載 K3s#

https://docs.rancher.cn/docs/k3s/installation/uninstall/_index/

# 一鍵卸載 server
k3s-uninstall.sh

# 一鍵卸載 agent
k3s-agent-uninstall.sh

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