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K3S 全面解析

article 2024/11/5 23:30:29

一、基础知识

1.1 K3S 简介

K3S 是一个轻量级的 Kubernetes 发行版，由 Rancher Labs 开发，旨在简化 Kubernetes 的部署和管理。它专为边缘计算、IoT 和开发环境设计，资源占用小且易于安装。

1.2 K3S 与传统 Kubernetes 的区别

资源占用：K3S 在内存和CPU使用上更为高效，适合资源受限的环境。
组件精简：K3S 移除了不必要的组件，如附加的存储和网络插件，简化了系统架构。
简单安装：只需一个命令即可安装，自动处理依赖项和配置。
高可用性支持：内置高可用性支持，通过外部数据库（如 SQLite）管理集群状态。

1.3 K3S 主要组件

Kubelet：负责节点上容器的运行和管理。
Kube-API Server：提供 Kubernetes API 接口，处理所有请求。
Kube-Controller-Manager：管理控制循环的控制器。
Kube-Scheduler：负责调度容器到各个节点。
Containerd：用于运行容器的容器运行时。

二、安装与配置

2.1 K3S 安装步骤

在不同环境（如本地开发、云服务）中安装 K3S 的步骤略有不同。以下是一个简单的安装步骤：

在 Linux 上安装 K3S：

使用 curl 安装：
```
curl -sfL https://get.k3s.io | sh -
```
检查安装状态：
```
sudo k3s kubectl get nodes
```

2.2 K3S 配置

K3S 的配置文件通常位于 /etc/rancher/k3s/k3s.yaml。可以通过编辑该文件来调整资源限制、网络设置等。

示例：

apiVersion: v1
kind: Config
clusters:
- cluster:
    server: https://<server-ip>:6443
  name: k3s
contexts:
- context:
    cluster: k3s
    user: admin
  name: k3s
current-context: k3s
users:
- name: admin
  user:
    token: <your-token>

2.3 常见安装问题

问题：安装后无法访问 API 服务器。解决：检查防火墙设置，确保端口开放。
问题：节点未能加入集群。解决：确保网络连接正常，并检查 K3S 服务状态。

三、集群管理

3.1 创建和管理 K3S 集群

使用以下命令可以创建和管理 K3S 集群：

k3s server &

可以通过 kubectl 命令进行管理，例如查看节点状态：

kubectl get nodes

3.2 添加和移除节点

添加节点：

在主节点上获取 token：

cat /var/lib/rancher/k3s/server/node-token

在新节点上运行：

curl -sfL https://get.k3s.io | K3S_TOKEN=<your-token> sh -

移除节点：使用 kubectl delete node 命令将节点移除。

3.3 高可用集群

K3S 支持高可用配置，可以使用 external datastore（如 etcd 或 MySQL）来实现：

k3s server --datastore-endpoint=<db-connection-string>

四、应用部署与管理

4.1 部署 Java 应用

在 K3S 上部署 Java 应用通常需要编写 Kubernetes YAML 配置文件，包括 Deployment 和 Service。

示例 YAML 文件：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: java-app
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: java-app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: java-app
    spec:
      containers:
      - name: java-app
        image: your-java-app-image
        ports:
        - containerPort: 8080

4.2 扩缩容操作

可以通过调整 Deployment 的 replicas 属性来进行扩缩容：

kubectl scale deployment java-app --replicas=3

4.3 监控和管理应用

使用 kubectl get pods 查看应用状态，使用 kubectl logs 查看日志。

五、与其他技术的集成

5.1 K3S 与其他工具集成

K3S 的轻量级特性使其易于与多种 CI/CD 工具集成，从而提升开发和部署效率。以下是与常见 CI/CD 工具的集成示例：

1. K3S 与 Jenkins 集成

安装 Jenkins：可以在 K3S 上通过 Helm 安装 Jenkins。

helm repo add jenkins https://charts.jenkins.io
helm install jenkins jenkins/jenkins

配置 Jenkins Pipeline：在 Jenkins 中配置一个 Pipeline，使用 kubectl 命令部署应用：

pipeline {
    agent any
    stages {
        stage('Deploy') {
            steps {
                sh 'kubectl apply -f deployment.yaml'
            }
        }
    }
}

使用 Jenkins Credentials：在 Jenkins 中配置 K3S 的访问凭证，以便安全地访问 Kubernetes 集群。

2. K3S 与 GitLab CI 集成

配置 GitLab Runner：在 K3S 上安装 GitLab Runner，使其可以运行 CI/CD 作业。

.gitlab-ci.yml 示例：

stages:
  - deploy

deploy:
  stage: deploy
  script:
    - kubectl apply -f deployment.yaml

通过与 CI/CD 工具的集成，K3S 可以实现自动化部署、回滚等操作，从而提高团队的开发效率和部署可靠性。

5.2 K3S 与 Java 技术栈的集成

K3S 可以轻松与 Java 技术栈（如 Spring Boot）集成，以支持现代微服务架构。以下是与 Spring Boot 的集成示例：

1. Spring Boot 应用的容器化

Dockerfile 示例：

FROM openjdk:11-jre
COPY target/myapp.jar /app.jar
ENTRYPOINT ["java", "-jar", "/app.jar"]

构建 Docker 镜像：
```
docker build -t myapp:latest .
```

2. 在 K3S 中部署 Spring Boot 应用

Kubernetes Deployment YAML：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: myapp
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: myapp
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myapp
    spec:
      containers:
      - name: myapp
        image: myapp:latest
        ports:
        - containerPort: 8080

创建服务以暴露应用：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: myapp-service
spec:
  type: ClusterIP
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 8080
  selector:
    app: myapp

3. 与其他服务的通信

可以通过 Spring Boot 的 RestTemplate 或 WebClient 访问 K3S 中的其他服务。配置 Kubernetes DNS 服务以简化服务间的通信。

示例代码：

@RestController
public class MyController {
    @Autowired
    private RestTemplate restTemplate;

    @GetMapping("/callOtherService")
    public String callOtherService() {
        String response = restTemplate.getForObject("http://other-service/api", String.class);
        return response;
    }
}

通过与 Java 技术栈的集成，K3S 提供了一个高效、灵活的环境，使开发人员能够快速构建和部署微服务应用。

六、安全性

6.1 K3S 安全措施

K3S 提供多种安全措施，确保集群和应用的安全性：

1. RBAC（角色访问控制）

K3S 使用 RBAC 来管理集群中的用户和服务的权限。
可以通过 YAML 文件定义角色和角色绑定，限制对资源的访问。

示例：

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: Role
metadata:
  namespace: default
  name: myapp-role
rules:
- apiGroups: ["*"]
  resources: ["pods", "pods/log"]
  verbs: ["get", "list", "watch"]
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: RoleBinding
metadata:
  name: myapp-role-binding
  namespace: default
subjects:
- kind: User
  name: myuser
roleRef:
  kind: Role
  name: myapp-role
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

2. 网络策略

K3S 支持网络策略，可以控制 pod 之间的通信。
通过定义网络策略，限制哪些 pod 可以访问其他 pod。

示例：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: allow-app
  namespace: default
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
      app: myapp
  ingress:
  - from:
    - podSelector:
        matchLabels:
          app: myapp