汤不热吧引言：为什么我们需要轻量化 Kubernetes？
传统的 Kubernetes（K8s）是一个强大但资源密集型的容器编排系统。在数据中心，充足的硬件资源不成问题。但在边缘计算、IoT 设备、小型分支机构或资源受限的开发环境，运行完整的 K8s 集群往往代价高昂且效率低下。
K3s 由 Rancher Labs（现在是 SUSE 旗下）推出，它是一个高度精简、经过 CNCF 认证的 Kubernetes 发行版，专为边缘和资源受限环境设计。
本文将深入探讨 K3s 相比标准 K8s 到底精简了哪些组件，以及这些改变如何使其成为边缘场景的理想选择。
K3s vs K8s：核心组件的精简和替换
K3s 的目标是将 Kubernetes 的安装包大小压缩到传统 K8s 的十分之一以下，同时保持其 API 兼容性。
以下是 K3s 相比标准 K8s 最主要的精简和替换项：
1. 存储层：从 etcd 到 DQLite
标准 K8s： 生产环境要求使用外部的、高可用的 etcd 数据库来存储集群状态。etcd 对磁盘 I/O 和延迟要求较高，并且需要独立的维护和集群管理。
K3s 的精简： K3s 默认使用 DQLite (Distributed SQLite)。DQLite 将 SQLite 嵌入到 K3s 的主进程中。这带来了巨大的优势：
- 单文件数据库： 极大地简化了安装和维护，不再需要额外的 etcd 集群。
- 内存/磁盘占用低： 特别适合单节点或小型集群。K3s 也支持将外部 etcd 或 PostgreSQL/MySQL 作为后端，但 DQLite 是其轻量化的核心。
2. 运行时和网络组件的替换
K3s 移除了许多可选或遗留的组件，并用更轻量级的替代品取代了部分核心服务：
| 组件 | 标准 K8s (Full) | K3s (精简版) | 优势/备注 |
|---|---|---|---|
| 容器运行时 (CRI) | Docker/Moby (通常) | containerd | containerd 更轻量、更聚焦于容器生命周期管理。 |
| CNI 网络插件 | Calico, Cilium, Weave等 | Flannel | 默认集成 Flannel，开箱即用，简化配置。 |
| 负载均衡器 | kube-proxy (iptables) | klipper-lb | 替代了云提供商的LoadBalancer实现。 |
| Ingress 控制器 | Nginx Ingress, HAProxy | Traefik | 默认集成，提供快速的 L7 路由。 |
3. 移除遗留和非必要代码
为了追求极致的轻量化，K3s 彻底移除了以下组件：
- 云提供商集成（Cloud Provider Hooks）： 移除了 AWS、GCP、Azure 等特定云平台的代码和依赖。边缘环境通常不需要这些集成。
- 遗留的存储驱动和网络驱动： 仅保留 CSI 驱动，移除了旧的 in-tree 存储卷插件。
- 非必要的 Kubectl 命令： 虽然 K3s 集成了 kubectl，但它依赖于更小的 k3s ctl 工具来管理自身。
4. 单二进制封装
K3s 的最终表现形式是一个大小通常在 40MB-100MB 之间的单个二进制文件，其中包含了运行 Kubernetes 所需的一切：API Server, Controller Manager, Scheduler, Kubelet, CNI, CRI, 以及 DQLite。
实用操作：K3s 的快速部署示例
K3s 的安装仅需一个简单的 curl | sh 命令，极大地简化了部署流程。
1. 安装 K3s (单节点 Master)
在任何支持 systemd 的 Linux 发行版上，执行以下命令即可安装 K3s 服务器：
curl -sfL https://get.k3s.io | sh -
# 默认情况下，这会安装 K3s Server，并使用 DQLite 作为数据库。
# 它会自动配置 Kubelet、CNI 和 Ingress。
2. 验证集群状态
安装完成后，集群将自动启动。您可以使用 K3s 提供的 kubectl 包装器来检查节点状态：
sudo k3s kubectl get node
# 示例输出：
# NAME STATUS ROLES AGE VERSION
# k3s-master Ready control-plane,master 1m v1.27.4+k3s1
K3s 适合的边缘场景
由于其极低的资源占用（通常低于 512MB RAM）和简化的运维模式，K3s 是以下边缘和资源受限环境的理想选择：
1. IoT 和嵌入式设备
IoT 网关通常具备有限的 CPU 和内存，但需要运行多个容器化工作负载（如数据预处理、本地AI推理模型）。K3s 的单二进制、低内存占用特性，使其成为在这些 ARM 或 X86 架构小设备上运行 Kubernetes 的最佳选择。
2. 远程分支机构和零售店
这些地点通常没有专业的 IT 团队，且硬件规格不高。K3s 的易于部署（单命令）和高可用性（DQLite 集群模式）使得远程管理和软件分发变得更加可靠。
3. CI/CD 和开发测试环境
由于启动速度快，占用资源少，K3s 是在 CI/CD 管道中快速拉起和销毁测试集群的优秀工具，例如在 GitHub Actions 或 Jenkins 中快速提供一个完整的 K8s 环境。
4. 网络受限或空隙环境（Air-Gapped Environments）
K3s 的单二进制设计使其非常容易在网络隔离的环境中进行部署，只需将一个文件复制过去即可，无需复杂的依赖项下载。
总结
K3s 不是要取代标准 K8s，而是为了填补 K8s 在资源受限环境下的空白。通过移除云提供商代码、替换 etcd 为 DQLite 以及默认集成轻量级组件（containerd, Flannel, Traefik），K3s 成功地将企业级编排能力带到了边缘，解决了传统 K8s 过于庞大、难以维护的痛点。