一、k3s与MySQL的适配性分析

k3s作为轻量级Kubernetes发行版，其设计目标与MySQL部署需求高度契合。首先，k3s的二进制包仅40MB，内存占用低于512MB，特别适合资源受限的边缘设备或IoT场景。而MySQL 8.0的官方Docker镜像约500MB，运行时内存需求在1GB以上，两者组合可在树莓派4B（4GB内存）等设备上稳定运行。

在架构层面，k3s默认集成Traefik ingress controller和Local Storage Provider，简化了MySQL服务暴露和持久化存储配置。相较于标准K8s，k3s减少了etcd、coredns等组件的维护负担，但保留了完整的Pod调度和Service发现能力，这对数据库这类有状态服务至关重要。

实际测试显示，在3节点k3s集群（每节点2核4GB）上部署MySQL主从架构，读写延迟较物理机部署增加约15%，但TPS（每秒事务数）仍能达到3000以上，满足中小型应用需求。这种性能折中在边缘计算场景中具有实际价值。

二、基础部署方案实施

1. 准备工作

# 安装k3s（主节点）
curl -sfL https://get.k3s.io | sh -s -- --write-kubeconfig-mode 644
# 验证节点状态
kubectl get nodes

需确保所有节点时间同步（建议使用chrony），且存储目录（默认/var/lib/rancher/k3s）有足够空间。对于生产环境，建议单独挂载SSD磁盘。

2. 持久化存储配置

k3s的Local Path Provisioner支持动态卷供应，但数据库更推荐使用HostPath或专用存储类：

# mysql-pv.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: mysql-pv
spec:
  capacity:
    storage: 20Gi
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  hostPath:
    path: /mnt/data/mysql
  nodeAffinity:
    required:
      nodeSelectorTerms:
      - matchExpressions:
        - key: kubernetes.io/hostname
          operator: In
          values:
          - node1  # 指定主节点

创建后需手动在主机创建目录并设置权限：

mkdir -p /mnt/data/mysql
chown -R 999:999 /mnt/data/mysql  # MySQL默认用户UID/GID为999

3. 单实例部署示例

# mysql-deployment.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: mysql
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: mysql
  template:
    metadata:
      labels:
        app: mysql
    spec:
      containers:
      - name: mysql
        image: mysql:8.0
        env:
        - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
          value: "yourpassword"
        - name: MYSQL_DATABASE
          value: "testdb"
        ports:
        - containerPort: 3306
        volumeMounts:
        - name: mysql-persistent-storage
          mountPath: /var/lib/mysql
      volumes:
      - name: mysql-persistent-storage
        persistentVolumeClaim:
          claimName: mysql-pvc
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: mysql-pvc
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 20Gi

部署后需验证数据持久性：

kubectl exec -it mysql-pod -- bash -c "echo 'CREATE TABLE test(id INT)' | mysql -uroot -pyourpassword testdb"
# 删除Pod后重新部署，检查表是否存在

三、高可用架构设计

1. 主从复制实现

使用Bitnami的MySQL Helm Chart可快速部署主从架构：

helm repo add bitnami https://charts.bitnami.com/bitnami
helm install mysql-ha bitnami/mysql --set primary.persistence.size=20Gi --set secondary.persistence.size=20Gi \
  --set primary.service.type=NodePort --set secondary.service.type=NodePort \
  --set rootPassword=yourpassword --set replication.password=reppassword

该方案自动配置GTID复制，通过kubectl get svc可获取主从节点访问地址。

2. 监控与告警

结合Prometheus Operator和Grafana实现监控：

# mysql-exporter-configmap.yaml
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: mysql-exporter-config
data:
  my.cnf: |
    [client]
    user=exporter
    password=exppassword

部署时需创建专用监控用户：

CREATE USER 'exporter'@'%' IDENTIFIED BY 'exppassword' WITH MAX_USER_CONNECTIONS 3;
GRANT PROCESS, REPLICATION CLIENT, SELECT ON *.* TO 'exporter'@'%';

3. 故障转移测试

模拟主节点故障：

kubectl scale deployment mysql-ha-primary --replicas=0

观察约30秒后，从节点自动提升为主节点，可通过SHOW MASTER STATUS\G验证。

四、性能优化建议

1. 内存配置：在MySQL启动参数中添加--innodb_buffer_pool_size=1G（根据可用内存调整）
2. IO优化：对于机械硬盘，建议设置--innodb_io_capacity=200 --innodb_io_capacity_max=400
3. 连接池：应用层使用连接池（如HikariCP），设置maximumPoolSize=10
4. 网络优化：在k3s集群内使用hostNetwork: true可减少网络跳转，但会降低隔离性

五、常见问题处理

1. 权限错误：若出现chown: changing ownership of '/var/lib/mysql/': Operation not permitted，需检查PV的hostPath目录权限
2. 资源不足：当出现OOMKilled时，可通过kubectl describe pod mysql查看内存限制，调整deployment的resources配置
3. 复制延迟：主从延迟超过1秒时，检查SHOW SLAVE STATUS\G中的Seconds_Behind_Master值，优化大事务处理

通过上述方案，可在k3s集群上构建出满足生产需求的MySQL服务。对于关键业务系统，建议结合Kubernetes的StatefulSet和Operator模式实现更精细的自动化管理。实际部署时，应根据具体硬件配置调整参数，并通过压力测试验证性能指标。