¿Qué es K3s? Un Vistazo Profundo a su Arquitectura y Filosofía#
K3s es una distribución de Kubernetes totalmente compatible, pero con una huella de memoria y un tamaño de instalación mucho menores que su contraparte K8s. Se distingue por ser empaquetada como un único binario de menos de 100 MB, lo que facilita su instalación y despliegue. Esta característica es crucial para su versatilidad, permitiendo su uso en escenarios que van desde dispositivos al borde de la red (edge computing) hasta entornos de desarrollo local.
K3s fue creada por Rancher, con el objetivo de ofrecer una solución de Kubernetes que fuera fácil de manejar, incluso para aquellos sin una vasta experiencia en la gestión de clusteres. La frase “situaciones donde un doctorado en clusterología de K8s es inviable” resume perfectamente esta filosofía: K3s busca eliminar las barreras de entrada a Kubernetes, permitiendo a más desarrolladores y organizaciones aprovechar su potencial.
Casos de Uso Clave#
La versatilidad de K3s la convierte en una opción atractiva para una amplia gama de aplicaciones:
- Edge Computing: Implementa aplicaciones en dispositivos cerca de la fuente de datos, reduciendo la latencia y mejorando el rendimiento en tiempo real. Esto es crucial para aplicaciones de IoT, análisis de video en tiempo real y sistemas de control industrial.
- Internet de las Cosas (IoT): Gestiona aplicaciones en dispositivos con recursos limitados, desde sensores hasta dispositivos domésticos inteligentes. K3s permite desplegar y actualizar aplicaciones de forma remota en estos dispositivos de manera eficiente.
- Laboratorios Caseros (Homelab): Ofrece una forma sencilla y eficiente de experimentar con Kubernetes sin la sobrecarga de un cluster completo, ideal para estudiantes, entusiastas y desarrolladores que buscan aprender y experimentar con esta tecnología.
- Integración Continua (CI): Proporciona un entorno consistente para pruebas y desarrollo, acelerando el ciclo de vida del software. K3s permite crear entornos de prueba de manera rápida y sencilla, facilitando la detección temprana de errores.
- Desarrollo Local: Permite a los desarrolladores trabajar con Kubernetes de manera local y sencilla, sin la necesidad de una infraestructura compleja. Esto agiliza el desarrollo y las pruebas de aplicaciones basadas en contenedores.
- Dispositivos ARM y Placas de un Solo Circuito: Es totalmente compatible con arquitecturas ARM, como las de Raspberry Pi, abriendo un mundo de posibilidades para proyectos de electrónica y robótica.
- Entornos Aislados (Air-gapped): Funciona en entornos sin conexión a internet, ideal para situaciones de alta seguridad donde el acceso a la red es limitado o inexistente.
- Sistemas Embebidos: Se integra fácilmente en otras aplicaciones y sistemas, permitiendo la gestión de aplicaciones en contenedores en una variedad de contextos.
Características Técnicas: Desglosando la Potencia de K3s#
Diseño y Arquitectura Minimalista#
- Un Solo Binario: K3s se distribuye como un único binario ejecutable o una imagen de contenedor mínima, lo que simplifica enormemente su instalación y gestión. Esta característica reduce la complejidad de despliegue y facilita la automatización.
- Datastore Ligero: Utiliza sqlite3 como almacenamiento de datos por defecto, ideal para entornos de baja demanda. Sin embargo, para clusteres más grandes o para aquellos que requieren una mayor resiliencia, también soporta etcd3, MySQL y Postgres.
- Launcher Simplificado: Incorpora un launcher que gestiona la complejidad de TLS (Transport Layer Security) y otras opciones de configuración, automatizando muchas de las tareas de configuración que en Kubernetes tradicional serían manuales.
- Componentes Encapsulados: Todos los componentes del plano de control de Kubernetes (API Server, Scheduler, Controller Manager) están encapsulados en un único proceso, simplificando la operación y automatizando tareas como la distribución de certificados. Esto reduce la sobrecarga de recursos y mejora la estabilidad.
Ventajas Clave#
- Seguridad por Defecto: Viene configurado con valores predeterminados seguros para entornos ligeros, minimizando el riesgo de vulnerabilidades y simplificando la configuración de seguridad.
- Dependencias Mínimas: Requiere un kernel moderno y montajes cgroup, reduciendo la necesidad de dependencias externas y facilitando su despliegue en diferentes sistemas operativos.
- “Baterías Incluidas”: K3s incluye todas las dependencias necesarias para la creación fácil de clusteres:
- containerd/cri-dockerd: Runtime de contenedores.
- Flannel: Interfaz de red de contenedores (CNI).
- CoreDNS: DNS del cluster.
- Traefik: Controlador de ingreso.
- ServiceLB: Controlador de balanceo de carga.
- Kube-router: Controlador de política de red.
- local-path-provisioner: Controlador de volúmenes persistentes.
- Spegel: Mirror de registro de imágenes de contenedor distribuido.
- Utilidades del host:
iptables,socat, entre otras.
- Uso eficiente de recursos: K3s utiliza la mitad de la memoria que K8s, lo cual la hace ideal para ambientes con recursos limitados.
Comparación con Kubernetes (K8s)#
Si bien K3s comparte el núcleo de Kubernetes, existen diferencias importantes:
| Característica | Kubernetes (K8s) | K3s |
|---|---|---|
| Tamaño | Grande, múltiples componentes | Pequeño, un único binario menor a 100MB |
| Complejidad | Alta, múltiples componentes y configuraciones | Baja, configuración sencilla, ideal para principiantes y entornos con recursos limitados |
| Uso de Memoria | Alto | Bajo, utiliza la mitad de la memoria que K8s |
| Base de Datos | Generalmente etcd, distribuida y compleja | sqlite3 por defecto, con soporte para etcd3, MySQL y Postgres para mayor escalabilidad |
| Ideal para | Grandes despliegues, alta disponibilidad, entornos complejos y aplicaciones críticas | Entornos de borde, IoT, desarrollo local, laboratorios caseros, pruebas, dispositivos con recursos limitados |
| Escalabilidad | Alta | Moderada, aunque se puede usar para sistemas distribuidos con la base de datos adecuada |
| Base de Datos Distribuida | Incluida de forma nativa | No incluida de forma nativa, se debe usar la solución Dqlite de Rancher si se desea una base de datos distribuida |
El Nombre K3s: Un Acrónimo con Historia#
El nombre “K3s” es un homenaje a Kubernetes (K8s), donde la “K” es la primera letra y los números “8” y “3” representan el número de letras restantes en cada nombre. Se eligió para indicar que es una versión más pequeña, aproximadamente la mitad del tamaño en términos de huella de memoria. No tiene una forma larga oficial ni una pronunciación oficial.
¿Por qué Elegir K3s? Beneficios Concretos#
K3s es una opción ideal si buscas una solución de Kubernetes que sea:
- Fácil de instalar y configurar: La instalación de un solo comando simplifica el proceso.
- De bajo consumo de recursos: Utiliza la mitad de la memoria que K8s, ideal para entornos con limitaciones de hardware.
- Rápida de implementar: Reduce los tiempos de despliegue, acelerando los ciclos de desarrollo y prueba.
- Ideal para experimentación y prototipado: Permite a los desarrolladores y entusiastas sumergirse en el mundo de Kubernetes sin complicaciones.
- Perfecta para el Edge Computing: Ofrece una solución robusta y ligera para ejecutar aplicaciones en dispositivos al borde de la red.
- Adecuada para IoT: Facilita la gestión de aplicaciones en dispositivos con recursos limitados.
Instalación y Configuración Paso a Paso#
La instalación de K3s es increíblemente sencilla, permitiendo que cualquier persona pueda comenzar a usar Kubernetes rápidamente.
Instalación de K3s o K3D#
Instalación de K3S (Linux):#
curl -sfL https://get.k3s.io | sh -
Este comando descarga e instala K3s en el sistema. El proceso es rápido y automatizado.
Instalación de K3D (macOS):#
Si trataste de instalarlo en macOS con el comando anterior, recibirás un mensaje de error como el siguiente:
Esto es debido a que necesitas usar systemd/OpenRC, que debería de estar como una capa de Linux extra en macOs y no es así, por lo tanto, es un problema, y aquí entra K3D al rescate.
Para ejecutarlo, necesitamos tener previamente instalado Docker Desktop así como brew en nuestra mac, y ejecutar el siguiente comando:
brew install k3d
Este comando descarga e instala K3D en el sistema usando contenedores en Docker. El proceso es rápido y automatizado.
Creación de nuestro primer cluster#
Para crear nuestro primer cluster usando K3S/K3Ds con valores por defecto, debemos ejecutar alguno de los siguientes comandos:
Usando K3S (Linux)#
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Usando K3D (macOS)#
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Una vez ejecutes la versión correcta para tu sistema operativa, podrás ver en tu consola algo parecido a la imagen de abajo:
Acceso al Cluster#
Como mencionabamos antes, muchas cosas son automáticas en K3s, y la configuración para usarlo no es la excepción dado que el contexto es actualizado en nuestro archivo .kubeconfig. Apenas la instalación haya concluido, podremos ejecutar comandos conocidos en kubernetes y ver que todo está funcionando correctamente, por ejemplo, veremos cuantos nodos tiene y los pods que tiene nuestro cluster:
Nodos#
Pods#
Y hasta aquí nuestro articulo introductorio, en un próximo articulo veremos como añadir más nodos al cluster para un ambiente más real, sin embargo, como se puede apreciar, K3S o K3D son una herramienta que nos facilita el uso de la tecnología ya sea para casos de uso especificos o cuando no queremos explorar en laboratorios caseros sin necesidad de inversión monetaria ni ser experto en kubernetes.