k3d入门指南：在Docker中运行K3s

在本文中，我们将简单了解k3d，这是一款可让您在安装了Docker的任何地方运行一次性Kubernetes集群的工具，此外在本文中我们还将探讨在使用k3d中可能会出现的一切问题。

什么是k3d？

k3d是一个小型程序，用于在Docker中运行K3s集群。 K3s是经过CNCF认证的轻量级Kubernetes发行和沙箱项目。它是为资源有限环境设计的，被打包为单个二进制文件，所需RAM小于512MB。 要了解有关K3s的更多信息，请查看我们之前的公众号文章及B站上的视频。

k3d借助从K3s仓库构建的Docker镜像在安装了Docker的任何机器上的Docker容器中启动多个K3s节点。 这样，一台物理（或虚拟）机（称为Docker Host）可以运行多个K3s集群，每个集群同时有多个server和agent节点。

k3d能做什么？

2021年1月，发布k3dv4.0.0，包含以下功能：

• 创建/停止/启动/删除/扩大/缩小K3s集群（和单个节点）
• 通过命令行标志
• 通过配置文件
• 管理可与集群一起使用的容器镜像仓库并与之交互
• 管理集群的Kubeconfigs
• 将本地Docker daemon中的镜像导入集群中运行的容器运行时中

显然，还有更多的方法，您可以用来对使用过程中的细节进行调整。

k3d的用途是什么？

k3d的主要应用场景是在Kubernetes上进行本地开发，因为k3d轻量、简单的特性，在这一场景下几乎不会遇到麻烦和资源使用问题。 开发k3d的初衷是为开发人员提供一个简单的工具，使他们能够在开发环境的机器上运行轻量级的Kubernetes集群，从而在类似于生产的环境中获得快速的迭代时间（相对于在本地运行docker-compose与生产中的Kubernetes要快得多）。

随着时间的推移，k3d还发展成为一种运维工具，用于在隔离的环境中测试某些Kubernetes（或特别是K3s）功能。 例如，使用k3d，您可以轻松地创建多节点集群，在其上部署一些应用程序，轻松停止一个节点并查看Kubernetes的反应，还能够将您的应用重新调度到其他节点上。

此外，您可以在持续集成系统中使用k3d来快速启动集群，在其上部署测试堆栈并运行集成测试。完成操作后，您就可以轻松地停用整个集群。无需担心适当的清理和可能的残留。

我们还提供了一个k3d-dind镜像（类似于电影《盗梦空间》中的梦中的梦，我们在容器内的容器中放置了容器。）通过此操作，您可以创建一个运行k3d的docker-in-docker环境，该环境会在Docker中生成一个K3s集群。这意味着您只有一个容器（k3d-dind）在您的Docker主机上运行，而该容器又在其中运行了整个K3s / Kubernetes集群。

如何使用k3d？

1、安装k3d（如需使用也可安装kubectl）

注意：本文介绍内容对版本有要求，请至少使用k3d v4.1.1以上版本

2、可以尝试以下其中一个示例，或使用文档或CLI帮助文本找到适合您自己的方式（k3d [command] --help）

“简单”的方式

k3d cluster create

该命令将创建一个带有两个容器的K3s集群：一个Kubernetes控制平面节点（server）和一个位于其前面的负载均衡器（serverlb）。 它将它们都放置在专用的Docker网络中，并在Docker主机上随机选择的免费端口上暴露Kubernetes API。 它还在后台创建了一个名为Docker的卷，作为镜像导入的准备。

默认情况下，如果不提供name参数，集群将被命名为k3s-default，并且容器将显示为k3d-<cluster-name>-<role>-<#>，因此在本例中，两个容器将显示为 k3d- k3s-default-serverlb和k3d-k3s-default-server-0

k3d等待一切准备就绪，从集群中拉取Kubeconfig并将其与默认的Kubeconfig合并（通常位于$ HOME / .kube / config或者KUBECONFIG环境变量指向的任何路径中）。
不用担心，您也可以调整该行为。

使用kubectl查看您刚创建的用于显示节点的内容：. kubectl get nodes
k3d还为您提供了一些命令来列出您所创建的东西：.k3d cluster | node | registry list

“简单但精妙”的方式

k3d cluster create mycluster --api-port 127.0.0.1:6445 --servers 3 --agents 2 --volume '/home/me/mycode:/code@agent[*]' --port '8080:80@loadbalancer'

此命令生成带有六个容器的K3s集群： 1个负载均衡器 3个server（控制平面节点）* 2个agent（以前为worker节点）

通过--api-port 127.0.0.1:6445，您可以使用k3d将Kubernetes API端口（6443内部）映射到127.0.0.1 / localhost的端口6445。这意味着随后将在Kubeconfig中包含以下连接字符串：server: https://127.0.0.1:6445以连接...
该端口将从负载均衡器映射到您的主机系统。请求将从那里被代理到server节点，从而有效地模拟生产环境设置，在该环境中server节点也可能发生故障，并且希望故障转移到另一个server上。

--volume /home/me/mycode:/code@agent[] 绑定将你的本地目录/home/me/mycode挂载到所有（[] agent 节点）内部的路径/code。使用索引（0或1）替换*，以便只把它挂载到其中一个节点。
告诉k3d应该将卷安装到哪个节点的规范称为“节点过滤器”，它也用于其他标志，例如端口映射的--port标志。

也就是说，--port '8080:80@loadbalancer'将本地主机的端口8080映射到负载均衡器（serverlb）上的端口80，该负载均衡器可用于将HTTP ingress流量转发到集群。 例如，可以将Web应用程序部署到集群（Deployment）中，该集群通过一个 Ingress（如myapp.k3d.localhost）在外部暴露（Service）。

然后（前提是一切都设置为将该域解析为本地主机IP），则可以将浏览器指向http://myapp.k3d.localhost:8080 访问您的应用程序。 然后，流量从您的主机通过Docker桥接口流向负载均衡器。 从那里，它被代理到集群，并通过Ingress和Service传递到您的应用程序Pod。

注意：你必须设置一些机制，将myapp.k3d.localhost路由到本地主机IP（127.0.0.1）。
最常见的方法是在你的/etc/hosts文件中使用127.0.0.1
myapp.k3d.localhost的条目（C:\Windows\System32\drivers\etc/hosts）。。
但是，这不允许使用通配符（*.localhost），因此一段时间后可能会变得有些麻烦，因此您可能需要了解dnsmasq（MacOS /
UNIX）或Acrylic（Windows）之类的工具来减轻负担。 提示：可以在某些系统（至少是Linux操作系统，包括SUSE
Linux和openSUSE）上安装libnss-myhostname软件包，以将*.localhost域自动解析为127.0.0.1，这意味着您不必再手动操作。例如
，如果您希望通过Ingress进行测试，则需要在其中设置域。

在此处，需要注意的事是：如果创建多个server节点，则K3s将被分配到--cluster-init标志，这意味着它将K3s的默认内部数据库（默认为SQLite）更改为etcd。

“配置即编码”方式

从k3d v4.0.0（发布于2021年1月）开始，我们支持使用配置文件，来配置一切您以前通过命令行标志所做的代码（不久之后甚至可能支持更多）。在撰写本文时，您可以在repo中找到用于验证配置文件的JSON模式：
https://github.com/rancher/k3d/blob/092f26a4e27eaf9d3a5bc32b249f897f448bc1ce/pkg/config/v1alpha2/schema.json

示例配置文件：

# k3d configuration file, saved as e.g. /home/me/myk3dcluster.yaml
apiVersion: k3d.io/v1alpha2  # this will change in the future as we make everything more stable
kind: Simple  # internally, we also have a Cluster config, which is not yet available externally
name: mycluster  # name that you want to give to your cluster (will still be prefixed with `k3d-`)
servers: 1  # same as `--servers 1`
agents: 2  # same as `--agents 2`
kubeAPI:  # same as `--api-port 127.0.0.1:6445`
  hostIP: "127.0.0.1"
  hostPort: "6445"
ports:
  - port: 8080:80  # same as `--port 8080:80@loadbalancer
    nodeFilters:
      - loadbalancer
options:
  k3d:  # k3d runtime settings
    wait: true  # wait for cluster to be usable before returining; same as `--wait` (default: true)
    timeout: "60s"  # wait timeout before aborting; same as `--timeout 60s`
  k3s:  # options passed on to K3s itself
    extraServerArgs:  # additional arguments passed to the `k3s server` command
      - --tls-san=my.host.domain
    extraAgentArgs: []  # addditional arguments passed to the `k3s agent` command
  kubeconfig:
    updateDefaultKubeconfig: true  # add new cluster to your default Kubeconfig; same as `--kubeconfig-update-default` (default: true)
switchCurrentContext: true  # also set current-context to the new cluster's context; same as `--kubeconfig-switch-context` (default: true)

假设我们将其另存为/home/me/myk3dcluster.yaml，我们可以使用它来配置新集群
k3d cluster create --config /home/me/myk3dcluster.yaml

注意：您仍然可以设置额外的参数或标志，这些参数或标志将优先于（或将被合并）你在配置文件中定义的任何参数。

k3d还能做什么？

你可以在很多场景下使用k3d，例如：

• 与k3d托管的容器仓库一起创建集群
• 使用集群通过热代码重载进行快速开发
• 将k3d与其他开发工具（例如Tilt或Skaffold）结合使用
• 两者都可以通过k3d image import利用镜像导入的功能
• 两者都可以利用k3d托管的仓库来加快开发周期
• 在您的CI系统中使用k3d（为此我们提供了PoC：https://github.com/iwilltry42...
• 使用社区维护的vscode扩展程序（https://github.com/inercia/vs...
• vscode工作流程中 用它来设置K3s的高可用性

您可以通过使用在此demo repo中准备好的脚本来自己尝试所有这些操作：
https://github.com/iwilltry42...

THORSTEN KLEIN
trivago的DevOps工程师，SUSE自由软件工程师，也是k3d的维护者。