1. 概述
Kubernetes（简称 K8s）是一个可移植的开源平台，用于管理容器化的工作负载和服务。它能够编排和管理集群中的应用 Pod，实现诸如零停机部署、容器自愈等高效运维任务。然而，K8s 在本地开发或资源受限的环境中使用成本较高。
如果我们希望在嵌入式系统中使用 Kubernetes，或者想快速搭建一个本地 Kubernetes 集群，K3s 是一个非常合适的选择。
K3s 是一个轻量级的 Kubernetes 发行版，专为资源受限的环境设计。本文将介绍 K3s 的核心特性，并演示如何搭建一个简单的集群。
2. K3s：轻量级的 Kubernetes
K3s 是由 Rancher Labs 维护的 CNCF 沙盒项目，通过简化 Kubernetes 的组件和依赖，实现了轻量化的部署。
K3s 的轻量化特性
- 单文件二进制部署，外部依赖极少
- 硬件要求低，内存占用小
- 支持单节点部署，也支持高可用部署（需外部数据库）
K3s 将标准 Kubernetes 组件打包成一个不到 100MB 的二进制文件，去除了不必要的驱动、可选卷插件和第三方云集成组件。
尽管如此，K3s 依然保留了 Kubernetes 的核心功能，例如：
- 支持 CoreDNS 和 Ingress 控制器
- 内置 SQLite 数据库存储集群信息
- 默认使用 Flannel 作为 CNI 插件
K3s 可在至少 512MB RAM（推荐 1GB）和 1 个 CPU 的 Linux 系统上运行。虽然它是 Kubernetes 的简化版，但其核心架构依然保留了 Master 和 Worker 节点的结构。
此外，K3s 支持与 AWS、GCP 等云厂商集成，只需通过插件即可扩展功能。
3. 安装与配置
3.1 安装方式
K3s 的安装非常简单，推荐使用官方脚本一键安装：
$ curl -sfL https://get.k3s.io | sh -
该命令会下载并运行 K3s 服务。你也可以手动下载发行包安装。
如需自定义安装，例如禁用默认的 Flannel CNI 插件：
$ curl -sfL https://get.k3s.io | sh -s - --flannel-backend none
或使用环境变量方式：
$ INSTALL_K3S_EXEC="--flannel-backend none" k3s server
3.2 集群访问
K3s 默认将配置文件生成在 /etc/rancher/k3s/k3s.yaml，你可以通过设置环境变量使用该配置：
$ export KUBECONFIG=/etc/rancher/k3s/k3s.yaml
或者复制到 ~/.kube/config：
$ mkdir -p ~/.kube
$ sudo k3s kubectl config view --raw | tee ~/.kube/config
$ chmod 600 ~/.kube/config
查看节点状态：
$ kubectl get nodes
NAME STATUS ROLES AGE VERSION
<cluster-name> Ready control-plane,master 4d3h v1.25.6+k3s1
查看所有 Pod：
$ kubectl get pods --all-namespaces
NAMESPACE NAME READY STATUS RESTARTS AGE
kube-system helm-install-traefik-crd-6v28l 0/1 Completed 0 4d2h
...
默认组件包括：
✅ Traefik（Ingress 控制器）
✅ CoreDNS（集群 DNS）
✅ Local Path Provisioner（本地存储供给）
✅ Helm（用于组件管理）
3.3 添加节点
在其他节点上执行以下命令加入集群：
$ curl -sfL https://get.k3s.io | K3S_URL=https://<node-host>:6443 K3S_TOKEN=mynodetoken sh -
Token 可在主节点获取：
$ cat /var/lib/rancher/k3s/server/node-token
节点加入后，Master 会自动识别并调度任务。
4. 示例：部署 Nginx 集群
创建部署
$ kubectl create deployment nginx --image=nginx --port=80 --replicas=3
查看 Pod 状态：
$ kubectl get pods
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
nginx-ff6774dc6-ntxv6 1/1 Running 0 17s
...
创建 Service
$ kubectl create service clusterip nginx --tcp=80:80
查看 Service 详情：
$ kubectl describe service nginx
Name: nginx
Namespace: default
Labels: app=nginx
Annotations: <none>
Selector: app=nginx
Type: ClusterIP
IP: 10.43.238.194
Port: 80-80 80/TCP
TargetPort: 80/TCP
Endpoints: 10.42.0.10:80,10.42.0.11:80,10.42.0.9:80
创建 Ingress
创建 nginx-ingress.yaml 文件：
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
name: nginx
annotations:
ingress.kubernetes.io/ssl-redirect: "false"
spec:
rules:
- http:
paths:
- path: /
pathType: Prefix
backend:
service:
name: nginx
port:
number: 80
应用配置：
$ kubectl apply -f nginx-ingress.yaml
查看 Ingress 状态：
$ kubectl describe ingress nginx
Name: nginx
Address: 192.168.1.103
Rules:
Host Path Backends
---- ---- --------
*
/ nginx:80 (10.42.0.10:80,10.42.0.11:80,10.42.0.9:80)
Annotations: ingress.kubernetes.io/ssl-redirect: false
现在可以通过浏览器访问 http://192.168.1.103 查看 Nginx 页面。
5. K3s 与 K8s 的区别
| 特性 | K3s | K8s |
|---|---|---|
| 包大小 | <100MB，单文件二进制 | 多组件分布，体积较大 |
| 启动速度 | 秒级启动 | 启动较慢 |
| 架构 | 单进程运行多个组件 | 多进程，组件独立运行 |
| 支持架构 | 支持 ARM、x86 等多种架构 | 主要支持 x86 |
| 网络插件 | 默认 Flannel | 支持多种 CNI 插件 |
| 存储插件 | 默认 Local Path Provisioner | 支持多种存储插件 |
| 高可用 | 支持但需外部数据库 | 原生支持 ETCD 高可用 |
| 适用场景 | 本地开发、边缘计算、CI/CD 测试 | 生产环境、大规模集群 |
✅ K3s 优势： 轻量、快速、资源消耗低、适合边缘和测试环境
❌ K3s 劣势： 缺乏企业级特性，高可用需额外配置
6. 总结
K3s 是一个轻量级的 Kubernetes 发行版，适用于资源有限的环境，如本地开发、嵌入式设备或 CI/CD 流水线测试。它保留了 Kubernetes 的核心功能，同时简化了安装和管理流程。
✅ 优点：
- 安装简单
- 占用资源少
- 快速启动
- 支持多种架构
- 兼容 Kubernetes YAML
❌ 注意：
- 不适合生产级高可用部署
- 缺少部分企业级插件
如果你需要快速搭建一个 Kubernetes 环境进行测试或学习，K3s 是一个非常不错的选择。对于生产环境或复杂集群，仍建议使用标准的 Kubernetes。