一、K3s 核心优势：为何选择轻量级 Kubernetes？

K3s 由 Rancher Labs（现属 SUSE）开发，专为资源受限环境设计，其核心优势体现在三方面：

1. 极简架构：单二进制文件（<50MB）整合 Kubernetes 核心组件（API Server、Controller Manager、Scheduler、Etcd、Kubelet），移除非必要依赖（如 Docker 默认替换为 containerd）。
2. 低资源消耗：内存占用较标准 Kubernetes 降低 50% 以上，支持在树莓派等 ARM 设备运行。
3. 快速部署：单节点安装仅需 1 条命令，高可用集群配置时间缩短至传统方案的 1/3。

典型应用场景包括：

• 边缘计算节点（如工业网关、智能摄像头）
• 物联网设备管理（数百节点集群）
• 开发测试环境（快速搭建多节点沙箱）
• CI/CD 流水线（动态构建 Kubernetes 环境）

二、基础玩法：从零开始部署 K3s

1. 单节点快速安装

# 使用官方安装脚本（自动处理依赖）
curl -sfL https://get.k3s.io | sh -
# 验证安装
sudo k3s kubectl get nodes

安装后自动生成配置文件 /etc/rancher/k3s/k3s.yaml，可通过 kubectl --kubeconfig 指定或设置 KUBECONFIG 环境变量。

2. 多节点高可用集群

生产环境推荐使用嵌入式 Etcd 的高可用模式：

# 主节点安装（指定固定IP）
curl -sfL https://get.k3s.io | INSTALL_K3S_EXEC="--cluster-init" sh -
# 工作节点加入（需主节点token）
curl -sfL https://get.k3s.io | K3S_URL=https://<master-ip>:6443 K3S_TOKEN=<token> sh -

关键配置参数：

• --tls-san：添加额外证书域名
• --node-taint：设置节点污点（如专用GPU节点）
• --disable：禁用默认组件（如服务发现、云控制器）

3. 存储管理方案

K3s 默认集成 Local Path Provisioner，支持动态分配主机目录作为存储卷：

# 示例StorageClass配置
apiVersion: storage.k3s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: local-path
provisioner: rancher.io/local-path
parameters:
  path: "/var/lib/rancher/k3s/storage"

生产环境建议对接外部存储（如 Longhorn、NFS）：

# 通过Helm安装Longhorn
kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/longhorn/longhorn/master/deploy/install.yaml

三、进阶技巧：释放 K3s 最大价值

1. 性能优化策略

• Etcd 调优：高并发场景下调整 --etcd-snapshot-count（默认10000）和 --etcd-compression 参数
• API Server 限流：通过 --kube-api-qps 和 --kube-api-burst 控制请求速率
• Kubelet 配置：优化 --eviction-hard 参数防止节点资源耗尽

2. 网络方案选择

K3s 默认使用 Flannel（VXLAN 模式），可根据需求替换：

# 安装Calico网络插件
kubectl apply -f https://docs.projectcalico.org/manifests/calico.yaml
# 配置MetalLB负载均衡器（裸机环境）
kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/metallb/metallb/v0.13.10/config/manifests/metallb-native.yaml

3. 监控告警体系

集成 Prometheus Operator 实现全栈监控：

# 通过Helm部署Prometheus Stack
helm repo add prometheus-community https://prometheus-community.github.io/helm-charts
helm install prometheus prometheus-community/kube-prometheus-stack

关键监控指标：

• kube_node_status_capacity_memory_bytes：节点内存容量
• etcd_server_leader_changes_seen_total：Etcd主节点切换次数
• k3s_server_etcd_request_latency_seconds：Etcd请求延迟

四、典型场景解决方案

1. 边缘设备管理

针对分散式边缘节点，采用以下架构：

1. 中心集群：部署 K3s 主节点（云/IDC）
2. 边缘集群：每个站点部署单节点 K3s（带持久化存储）
3. 同步机制：使用 KubeEdge 或 Fleet 进行配置下发

# 边缘节点资源限制示例
apiVersion: v1
kind: Node
metadata:
  name: edge-node-01
  labels:
    k3s.io/nodetype: edge
spec:
  taints:
  - effect: NoSchedule
    key: node-role.kubernetes.io/edge

2. 持续集成优化

在 CI 流水线中动态创建 K3s 集群：

# GitHub Actions 示例
- name: Setup K3s
  uses: debianmaster/actions-k3s@v1
  with:
    version: 'v1.25.3+k3s1'
- name: Deploy Application
  run: |
    kubectl apply -f deploy/
    kubectl wait --for=condition=available deployment/my-app

3. 混合架构部署

结合虚拟机与物理机：

# 为不同节点设置标签
kubectl label nodes vm-node-01 node-type=virtual
kubectl label nodes physical-node-01 node-type=baremetal
# 使用NodeAffinity调度
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
spec:
  template:
    spec:
      affinity:
        nodeAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
            nodeSelectorTerms:
            - matchExpressions:
              - key: node-type
                operator: In
                values: ["baremetal"]

五、故障排查与维护

1. 常见问题处理

• 节点注册失败：检查 --token 和 --server 参数，验证网络连通性
• 存储卷挂载失败：确认 local-path-provisioner Pod 运行状态
• API Server 无响应：检查 Etcd 状态（k3s etcd-snapshot）

2. 日志分析技巧

关键日志路径：

• /var/log/k3s.log：主进程日志
• /var/lib/rancher/k3s/server/logs：组件日志
• journalctl -u k3s：系统日志

3. 升级与回滚

# 升级到指定版本
curl -sfL https://get.k3s.io | INSTALL_K3S_VERSION=v1.26.4+k3s1 sh -
# 回滚操作
k3s-uninstall.sh
# 重新安装旧版本

六、生态工具集成

1. Helm 与 Kustomize

# 添加Helm仓库
helm repo add bitnami https://charts.bitnami.com/bitnami
# 使用Kustomize部署
kubectl apply -k ./overlays/production

2. GitOps 实践

通过 Flux 实现声明式管理：

# 安装Flux
flux bootstrap github --owner=myorg --repository=myrepo --branch=main --path=clusters/my-cluster

3. 安全加固方案

• RBAC 最小权限：
  ```yaml
  apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
  kind: Role
  metadata:
  namespace: default
  name: pod-reader
  rules:
• apiGroups: [“”]
  resources: [“pods”]
  verbs: [“get”, “list”]
  ```
• 网络策略：

  apiVersion: networking.k8s.io/v1
  kind: NetworkPolicy
  metadata:
  name: default-deny
  spec:
  podSelector: {}
  policyTypes:
  - Ingress

通过系统掌握上述玩法，开发者可充分发挥 K3s 在资源效率、部署速度和运维简化方面的优势。实际项目中，建议结合具体场景进行参数调优，并建立完善的监控告警体系，确保集群稳定运行。