K3s 是一个轻量级的 Kubernetes 发行版，以其快速的部署速度和极低的资源占用而闻名。事实上，很多用户喜爱 K3s，正是因为它带来了无与伦比的初始化速度。
这篇文章将带你深入了解 K3s 高效运行的核心：初始化过程。我们将逐步解析 K3s 如何在极短时间内启动并运行一个功能完整的 Kubernetes 集群。通过对 K3s 启动日志的剖析，你将更直观地理解每个步骤背后的含义。这不仅能帮助你更好地了解 K3s 的工作原理，还能为你在日常部署和故障排查中提供参考。
内置的强力引擎 ⚙️⚡
K3s 使用 go-bindata 将关键的 Linux 用户态二进制文件和 manifests 直接打包进可执行文件中。这一设计消除了外部依赖，简化了部署流程。在 K3s 的二进制文件中，你可以找到核心组件，例如 runc 和 containerd，以及一个 k3s-root 压缩包（如 k3s-root-amd64.tar）。这个压缩包包含了所有运行 K3s 所需的用户态二进制文件，从而减少了对宿主机操作系统的依赖。如果你希望所有内置的二进制文件优先于宿主机的文件，可以通过 --prefer-bundled-bin 参数来实现。
这些内置的二进制文件部署在同一个目录：/var/lib/rancher/k3s/data。在这个目录下，你至少会看到三个子目录：cni、current 以及一个由长字符串（SHA 值）命名的目录。这个长字符串是在构建 K3s 时由内置二进制文件压缩包运行 sha256sum 后生成的，因此每个版本都不同。如果你进行了升级操作，还会同时存在两个这样的目录。
其中：
- current 是指向该 SHA 目录的符号链接。
- cni 目录包含了不同的 CNI 插件，同样是指向 SHA 目录中 CNI 二进制文件的符号链接。K3s 使用了 multi-exec 工具，将所有 CNI 插件构建到一个二进制文件中，从而进一步节省资源。
- 如果当前 K3s 集群经历过升级，你还会看到一个 previous 符号链接，指向上一个版本对应的 SHA 目录。
例如：
$> ls -ahltr /var/lib/rancher/k3s/data/
total 24K
-rw------- 1 root root 0 Mar 19 06:22 .lock
drwxr-xr-x 4 root root 4.0K Mar 19 06:22 ..
drwxr-xr-x 4 root root 4.0K Mar 19 06:28 82142f5157c67effc219aeefe0bc03e0460fc62b9fbae9e901270c86b5635d53
lrwxrwxrwx 1 root root 90 Mar 19 06:28 previous -> /var/lib/rancher/k3s/data/82142f5157c67effc219aeefe0bc03e0460fc62b9fbae9e901270c86b5635d53
drwxr-xr-x 4 root root 4.0K Mar 19 06:30 b13851fe661ab93938fc9a881cdce529da8c6b9b310b2440ef01a860f8b9c3a9
lrwxrwxrwx 1 root root 90 Mar 19 06:30 current -> /var/lib/rancher/k3s/data/b13851fe661ab93938fc9a881cdce529da8c6b9b310b2440ef01a860f8b9c3a9
drwxr-xr-x 2 root root 4.0K Mar 19 06:30 cni
drwxr-xr-x 4 root root 4.0K Mar 19 06:40 .
此外，K3s 还内置了 Helm Chart 和 manifests，用于部署关键服务，如 CoreDNS、Traefik 和 local storage。这些以 yaml 文件形式存在的内置清单文件位于控制平面节点的目录：
/var/lib/rancher/k3s/server/manifests
仅仅一个 70+MB 的 K3s 二进制文件，就包含了如此丰富的内容！
启动流程逐步解析 👣
既然我们已经了解了 K3s 内置了哪些工具，接下来让我们看看它是如何启动的。以下是通过 journalctl 查看 K3s server 节点启动时的典型日志：
首先是：
Starting Lightweight Kubernetes...
接着：
/usr/bin/systemctl is-enabled --quiet nm-cloud-setup.service
这里检查的是 NetworkManager 的某个服务是否已被禁用。它会修改部分网络栈配置（尤其是路由表），与 Kubernetes 的网络机制冲突，因此 K3s 启动时必须确认它是否关闭。
随后：
Acquiring lock file /var/lib/rancher/k3s/data/.lock
Preparing data dir /var/lib/rancher/k3s/data/f8e9b5e7d85085972f4a9ddfd539d4dcf887be2e380a55f415c93cac5516dad5
此时，存放内置二进制文件的目录已经被创建。K3s 会在这里解压二进制文件，同时利用锁文件防止并发修改，避免在初始化过程中执行 kubectl 或 ctr 之类的命令干扰流程。
接下来是版本和数据存储的相关日志。例如，默认情况下 K3s 使用 kine + sqlite：
Starting k3s v1.32.2+k3s1
Configuring sqlite3 database connection pooling: maxIdleConns=2, maxOpenConns=0, connMaxLifetime=0s
Configuring database table schema and indexes, this may take a moment...
Database tables and indexes are up to date
Kine available at unix://kine.sock
一旦数据存储准备就绪，K3s 会锁定 bootstrap key。在高可用模式下，这一步尤为重要，因为它可以避免多个控制平面节点重复生成 CA 证书。
Bootstrap key locked for initial create
接下来，K3s 会生成内部通信所需的 TLS 证书：
generated self-signed CA certificate
certificate CN=system:admin,O=system:masters signed by CN=k3s-client-ca@1742309831
certificate CN=system:k3s-supervisor,O=system:masters signed by CN=k3s-client-ca@1742309831
certificate CN=system:kube-controller-manager signed by CN=k3s-client-ca@1742309831
...
certificate CN=k3s,O=k3s signed by CN=k3s-server-ca@1742309831
然后将 bootstrap 数据写入数据存储（非 HA 模式下不影响运行）：
Saving cluster bootstrap data to datastore
紧接着，K3s 启动 Kubernetes 核心组件。这些组件都以内置 goroutine 的形式在 K3s 进程中运行，这不仅减少了资源占用，也进一步缩短了启动时间：
Running kube-apiserver
Running kube-scheduler
Running kube-controller-manager
随后，K3s 会将打包好的组件清单文件提取到：
/var/lib/rancher/k3s/server/manifests/
当核心组件全部运行后，deploy controller 会监控该目录，并自动应用这些 manifests，从而完成 CoreDNS、Traefik 等关键服务的安装。
至此，一个完整的 Kubernetes 集群就已经在极短的时间内启动完成 🎉
总结 🏁
通过本文，我们解析了 K3s 在初始化过程中所执行的关键步骤。从日志入手，不仅揭开了 K3s 速度背后的秘密，也帮助你更深入地理解其运行机制。希望这些内容能对你在日常部署和排错中有所帮助。
