使用 k3s 在 Fedora IoT 上运行 K8S

Fedora IoT 是一个即将发布的、面向物联网的 Fedora 版本。去年 Fedora Magazine 的《 如何使用 Fedora IoT 点亮 LED 灯 》一文第一次介绍了它。从那以后，它与 Fedora Silverblue 一起不断改进，以提供针对面向容器的工作流的不可变基础 *** 作系统。

Kubernetes 是一个颇受欢迎的容器编排系统。它可能最常用在那些能够处理巨大负载的强劲硬件上。不过，它也能在像树莓派 3 这样轻量级的设备上运行。让我们继续阅读，来了解如何运行它。

虽然 Kubernetes 在云计算领域风靡一时，但让它在小型单板机上运行可能并不是常见的。不过，我们有非常明确的理由来做这件事。首先，这是一个不需要昂贵硬件就可以学习并熟悉 Kubernetes 的好方法；其次，由于它的流行性，市面上有 大量应用 进行了预先打包，以用于在 Kubernetes 集群中运行。更不用说，当你遇到问题时，会有大规模的社区用户为你提供帮助。

最后但同样重要的是，即使是在家庭实验室这样的小规模环境中，容器编排也确实能够使事情变得更加简单。虽然在学习曲线方面，这一点并不明显，但这些技能在你将来与任何集群打交道的时候都会有帮助。不管你面对的是一个单节点树莓派集群，还是一个大规模的机器学习场，它们的 *** 作方式都是类似的。

一个“正常”安装的 Kubernetes（如果有这么一说的话）对于物联网来说有点沉重。K8s 的推荐内存配置，是每台机器 2GB！不过，我们也有一些替代品，其中一个新人是 k3s —— 一个轻量级的 Kubernetes 发行版。

K3s 非常特殊，因为它将 etcd 替换成了 SQLite 以满足键值存储需求。还有一点，在于整个 k3s 将使用一个二进制文件分发，而不是每个组件一个。这减少了内存占用并简化了安装过程。基于上述原因，我们只需要 512MB 内存即可运行 k3s，极度适合小型单板电脑！

安装 k3s 非常简单。直接运行安装脚本：

它会下载、安装并启动 k3s。安装完成后，运行以下命令来从服务器获取节点列表：

需要注意的是，有几个选项可以通过环境变量传递给安装脚本。这些选项可以在 文档 中找到。当然，你也完全可以直接下载二进制文件来手动安装 k3s。

对于实验和学习来说，这样已经很棒了，不过单节点的集群也不能算一个集群。幸运的是，添加另一个节点并不比设置第一个节点要难。只需要向安装脚本传递两个环境变量，它就可以找到第一个节点，而不用运行 k3s 的服务器部分。

上面的 example-url 应被替换为第一个节点的 IP 地址，或一个完全限定域名。在该节点中，（用 XXX 表示的）令牌可以在 /var/lib/rancher/k3s/server/node-token 文件中找到。

现在我们有了一个 Kubernetes 集群，我们可以真正做些什么呢？让我们从部署一个简单的 Web 服务器开始吧。

这会从名为 nginx 的容器镜像中创建出一个名叫 my-server 的 部署 （默认使用 docker hub 注册中心，以及 latest 标签）。

为了访问到 pod 中运行的 nginx 服务器，首先通过一个 服务 来暴露该部署。以下命令将创建一个与该部署同名的服务。

服务将作为一种负载均衡器和 Pod 的 DNS 记录来工作。比如，当运行第二个 Pod 时，我们只需指定 my-server（服务名称）就可以通过 curl 访问 nginx 服务器。有关如何 *** 作，可以看下面的实例。

默认状态下，一个服务只能获得一个 ClusterIP（只能从集群内部访问），但你也可以通过把它的类型设置为 LoadBalancer 为该服务申请一个外部 IP。不过，并非所有应用都需要自己的 IP 地址。相反，通常可以通过基于 Host 请求头部或请求路径进行路由，从而使多个服务共享一个 IP 地址。你可以在 Kubernetes 使用 Ingress 完成此 *** 作，而这也是我们要做的。Ingress 也提供了额外的功能，比如无需配置应用即可对流量进行 TLS 加密。

Kubernetes 需要 Ingress 控制器来使 Ingress 资源工作，k3s 包含 Traefik 正是出于此目的。它还包含了一个简单的服务负载均衡器，可以为集群中的服务提供外部 IP。这篇 文档 描述了这种服务：

Ingress 控制器已经通过这个负载均衡器暴露在外。你可以使用以下命令找到它正在使用的 IP 地址。

找到名为 traefik 的服务。在上面的例子中，我们感兴趣的 IP 是 10008。

让我们创建一个 Ingress，使它通过基于 Host 头部的路由规则将请求路由至我们的服务器。这个例子中我们使用 xipio 来避免必要的 DNS 记录配置工作。它的工作原理是将 IP 地址作为子域包含，以使用 10008xipio 的任何子域来达到 IP 10008。换句话说，my-server10008xipio 被用于访问集群中的 Ingress 控制器。你现在就可以尝试（使用你自己的 IP，而不是 10008）。如果没有 Ingress，你应该会访问到“默认后端”，只是一个写着“404 page not found”的页面。

我们可以使用以下 Ingress 让 Ingress 控制器将请求路由到我们的 Web 服务器的服务。

将以上片段保存到 my-ingressyaml 文件中，然后运行以下命令将其加入集群：

你现在应该能够在你选择的完全限定域名中访问到 nginx 的默认欢迎页面了。在我的例子中，它是 my-server10008xipio。Ingress 控制器会通过 Ingress 中包含的信息来路由请求。对 my-server10008xipio 的请求将被路由到 Ingress 中定义为 backend 的服务和端口（在本例中为 my-server 和 80）。

想象如下场景：你的家或农场周围有很多的设备。它是一个具有各种硬件功能、传感器和执行器的物联网设备的异构集合。也许某些设备拥有摄像头、天气或光线传感器。其它设备可能会被连接起来，用来控制通风、灯光、百叶窗或闪烁的 LED。

这种情况下，你想从所有传感器中收集数据，在最终使用它来制定决策和控制执行器之前，也可能会对其进行处理和分析。除此之外，你可能还想配置一个仪表盘来可视化那些正在发生的事情。那么 Kubernetes 如何帮助我们来管理这样的事情呢？我们怎么保证 Pod 在合适的设备上运行？

简单的答案就是“标签”。你可以根据功能来标记节点，如下所示：

一旦它们被打上标签，我们就可以轻松地使用 nodeSelector 为你的工作负载选择合适的节点。拼图的最后一块：如果你想在所有合适的节点上运行 Pod，那应该使用 DaemonSet 而不是部署。换句话说，应为每个使用唯一传感器的数据收集应用程序创建一个 DaemonSet，并使用 nodeSelector 确保它们仅在具有适当硬件的节点上运行。

服务发现功能允许 Pod 通过服务名称来寻找彼此，这项功能使得这类分布式系统的管理工作变得易如反掌。你不需要为应用配置 IP 地址或自定义端口，也不需要知道它们。相反，它们可以通过集群中的命名服务轻松找到彼此。

随着集群的启动并运行，收集数据并控制灯光和气候，可能使你觉得你已经把它完成了。不过，集群中还有大量的计算资源可以用于其它项目。这才是 Kubernetes 真正出彩的地方。

你不必担心这些资源的确切位置，或者去计算是否有足够的内存来容纳额外的应用程序。这正是编排系统所解决的问题！你可以轻松地在集群中部署更多的应用，让 Kubernetes 来找出适合运行它们的位置（或是否适合运行它们）。

为什么不运行一个你自己的 NextCloud 实例呢？或者运行 gitea ？你还可以为你所有的物联网容器设置一套 CI/CD 流水线。毕竟，如果你可以在集群中进行本地构建，为什么还要在主计算机上构建并交叉编译它们呢？

这里的要点是，Kubernetes 可以更容易地利用那些你可能浪费掉的“隐藏”资源。Kubernetes 根据可用资源和容错处理规则来调度 Pod，因此你也无需手动完成这些工作。但是，为了帮助 Kubernetes 做出合理的决定，你绝对应该为你的工作负载添加 资源请求 配置。

尽管 Kuberenetes 或一般的容器编排平台通常不会与物联网相关联，但在管理分布式系统时，使用一个编排系统肯定是有意义的。你不仅可以使用统一的方式来处理多样化和异构的设备，还可以简化它们的通信方式。此外，Kubernetes 还可以更好地对闲置资源加以利用。

容器技术使构建“随处运行”应用的想法成为可能。现在，Kubernetes 可以更轻松地来负责“随处”的部分。作为构建一切的不可变基础，我们使用 Fedora IoT。

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1 物联网（Internet of Things，IoT）
指将传感器、执行器、智能设备、人工智能和云计算等技术融合在一起，通过互联网连接、交互和协同工作来实现智能化和自动化的网络。
2 传感器（Sensor）
指一种可以感知并测量实际物理量的设备或系统，通过将物理信号转换成数字或模拟信号来输出相应的测量结果。
3 执行器（Actuator）
指一种可以根据输入信号转换成机械或电动力的设备或系统，用于控制或驱动实际物理行为。
4 物联网平台（IoT Platform）
指一种用于将各种传感器、执行器和智能设备互联互通的技术平台，提供数据采集、数据分析、数据处理和数据交互等功能。
5 云计算（Cloud Computing）
指一种基于互联网的分布式计算和存储模式，将计算和数据存储分布在多个服务器上，提供虚拟化和动态扩展等功能。
6 数据采集（Data Collection）
指通过传感器和其他设备收集和记录现实世界中的数据，如温度、湿度、压力、位置、声音等。
7 数据处理（Data Processing）
指将采集到的数据进行分类、筛选、转换、分析等处理，以提取有用的信息，比如预警、异常检测、预测分析等。
8 数据交互（Data Interaction）
指通过互联网将数据传输到物联网平台等服务器上，并将处理结果返回到智能设备中，以实现设备之间的互通和协同工作。

9 人工智能（Artificial Intelligence，AI）
指模拟人类智能和行为的计算机系统和算法，用于实现自动化、智能化和自主学习等功能，如图像识别、语音识别、机器人等。
10 区块链（Blockchain）
指一种去中心化的分布式账本技术，用于实现安全性、透明度和信任度的高效交互和协同，如支付、合同管理、安全通信等。

《开源精选》是我们分享Github、Gitee等开源社区中优质项目的栏目，包括技术、学习、实用与各种有趣的内容。本期推荐的是物联网设备网关技术架构设计（Session 管理、心跳管理、数据上行、数据下行）TCP Gateway。

物联网设备网关技术架构设计（Session 管理、心跳管理、数据上行、数据下行）

NioEventLoop 是 Netty 的 Reactor 线程，其角色：

基于Netty构建TCP网关的长连接容器，作为网关接入层提供服务API请求调用。

客户端通过域名+端口访问TCP网关，域名不同的运营商对应不同的VIP，VIP发布在LVS上，LVS将请求转发给后端的HAProxy，再由HAProxy把请求转发给后端的Netty的IP+Port。

LVS转发给后端的HAProxy，请求经过LVS，但是响应是HAProxy直接反馈给客户端的，这也就是LVS的DR模式。

其中步骤一至步骤九是指 Netty 服务端的创建时序，步骤十至步骤十三是 TCP 网关容器创建的时序。

Window 地址 // C:WindowsSystem32driversetchosts

添加 127001 iot-openicloudcom

位置: comibyteiottestserverTestTcpServer

位置: comibyteiottestclientTcpClient

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