K3s na Raspberry Pi: Od nápadu po funkčný Kubernetes klaster

K3s je odľahčená distribúcia Kubernetes, vyvinutá spoločnosťou Rancher Labs, ktorá umožňuje rýchle a jednoduché nasadenie Kubernetes klastra aj na zariadeniach s obmedzenými zdrojmi. Je optimalizovaný na nízku spotrebu RAM, CPU a úložiska, pričom si zachováva všetky kľúčové funkcie Kubernetes – od nasadzovania aplikácií až po ich správu a škálovanie.

Vďaka malej pamäťovej stope (typicky do 512 MB RAM na uzol) a jednoduchosti inštalácie je k3s ideálnym riešením pre projekty Edge computingu, IoT, vývojové prostredia a menšie produkčné nasadenia.
Jeho hlavná sila spočíva v tom, že spúšťa kompletný Kubernetes control plane v jednom binárnom súbore a odstraňuje nepotrebné komponenty, čím šetrí výkon a zjednodušuje konfiguráciu.

Prečo práve Raspberry Pi – beby cloud

Raspberry Pi je cenovo dostupný a energeticky nenáročný jednodeskový počítač, ktorý sa vo svete IT stal populárnym pre svoje široké možnosti nasadenia – od domácich serverov až po komplexné clustre.
V kombinácii s k3s dokáže Raspberry Pi slúžiť ako plnohodnotný Kubernetes klaster vhodný na:

• vývoj a testovanie aplikácií,
• simuláciu distribuovaných prostredí,
• bežiace IoT projekty,
• výučbu a experimenty s cloud-native technológiami.

Výhodou je aj nízka spotreba energie, tichá prevádzka a možnosť fyzicky umiestniť viacero uzlov na malý priestor, čo z neho robí atraktívnu alternatívu pre domácich nadšencov aj profesionálov, ktorí chcú experimentovať s Kubernetes.

Čo v článku nájdete

V ďalších častiach sa budeme venovať:

Príprave Raspberry Pi na inštaláciu k3s (OS, sieť, SSH, nastavenia).

Postupu nasadenia master uzla s k3s.

Pridaniu worker uzlov do klastra.

Kontrole funkčnosti a testovaniu nasadenia.

Príprava Raspberry Pi na inštaláciu k3s

Aby bol k3s klaster na Raspberry Pi stabilný a pripravený na dlhodobú prevádzku, je potrebné pred samotnou inštaláciou pripraviť všetky uzly. Nasledujúce kroky zabezpečia optimalizované prostredie pre Kubernetes a minimalizujú problémy počas prevádzky.

---

1. Výber a inštalácia operačného systému

• Odporúčané je použiť Raspberry Pi OS Lite (64-bit) alebo Ubuntu Server 22.04 LTS (64-bit).
• Vyhnite sa desktopovým verziám – zbytočne spotrebúvajú RAM a CPU.
• OS nahrajte na microSD kartu alebo SSD pomocou Raspberry Pi Imager.
• Pri inštalácii nastavte:
  • Hostname (napr. rpi-master, rpi-worker1, rpi-worker2).
  • Povolenie SSH prístupu.
  • Nastavenie silného hesla pre používateľa pi alebo vytvorenie nového používateľa.

---

2. Aktualizácia systému

Po prvom spustení sa prihláste na každý uzol a aktualizujte balíčky:

sudo apt update && sudo apt full-upgrade -y
sudo reboot

Tým zabezpečíte aktuálne bezpečnostné záplaty a kompatibilitu knižníc potrebných pre k3s.

---

3. Nastavenie statickej IP adresy

K3s klaster vyžaduje, aby sa master aj workery vedeli navzájom spoľahlivo nájsť. Najjednoduchšie je priradiť im statické IP adresy:

• Nastavte IP adresy buď v DHCP serveri (statické lease) alebo priamo v súbore /etc/dhcpcd.conf (Raspberry Pi OS) / Netplan konfigurácii (Ubuntu Server).

4. Aktivácia a zabezpečenie SSH

Ak ste SSH nepovolili už pri inštalácii, zapnite ho:

sudo systemctl enable ssh
sudo systemctl start ssh

Odporúčané bezpečnostné opatrenia:

• Zakázať prihlasovanie cez heslo a povoliť iba SSH kľúče.
• Zmeniť štandardný port 22 na iný (napr. 2222).

5. Nastavenie hostname

Na každom Raspberry Pi nastavte jedinečný hostname:

sudo hostnamectl set-hostname rpi-master

(reštartujte alebo odhláste a prihláste sa znova, aby sa zmena prejavila)

6. Vypnutie nepotrebných služieb a swapu

K3s na Raspberry Pi pracuje lepšie bez swapu:

sudo dphys-swapfile swapoff
sudo systemctl disable dphys-swapfile

7. Povolenie cgroups (Control Groups)

Cgroups sú potrebné na správu zdrojov v Kubernetes.
Otvorte súbor /boot/cmdline.txt a pridajte na koniec riadku:

cgroup_memory=1 cgroup_enable=memory

Potom reštartujte zariadenie.

8. Synchronizácia času

Pre stabilitu klastra je dôležitá synchronizácia systémového času:

sudo timedatectl set-ntp true

Overte nastavenie:

timedatectl

Týmto je Raspberry Pi pripravené na inštaláciu k3s. V ďalšej časti sa bude pokračovať nastavením master uzla a následným pridaním worker uzlov do klastra.

Inštalácia k3s na master uzol

Po príprave Raspberry Pi môžeme pristúpiť k inštalácii master uzla (control plane). Tento uzol bude riadiť celý Kubernetes klaster a uchovávať jeho stav.

1. Prihlásenie na master uzol

Pripojte sa na master Raspberry Pi cez SSH (z iného počítača alebo priamo cez konzolu):

ssh pi@IP_ADRESA_MASTER

(IP_ADRESA_MASTER nahraďte skutočnou IP adresou master uzla)

2. Spustenie inštalácie k3s

K3s poskytuje jednoduchý inštalačný skript, ktorý nainštaluje všetky potrebné komponenty a nakonfiguruje klaster.

Spustite:

curl -sfL https://get.k3s.io | sh -

Skript automaticky:

• Stiahne najnovšiu verziu k3s.
• Nainštaluje ju ako systémovú službu (/etc/systemd/system/k3s.service).
• Spustí API server, scheduler a controller manager.
• Uloží konfiguráciu do /etc/rancher/k3s/k3s.yaml.

3. Overenie stavu klastra

Po dokončení inštalácie skontrolujte, či k3s beží:

sudo systemctl status k3s

Získajte informácie o uzle a podoch:

k3s kubectl get nodes
k3s kubectl get pods -A

Ak všetko prebehlo správne, uvidíte master uzol so stavom Ready a základné systémové komponenty v stave Running.

4. Získanie tokenu pre worker uzly

Aby sa ďalšie Raspberry Pi mohli pripojiť ako worker uzly, potrebujete join token:

sudo cat /var/lib/rancher/k3s/server/node-token

Výstup bude vyzerať napríklad takto:

K10f9c4a8bcd89f8b3cbb98b8d5c8fdaac5a678c47a7e90a3d3bb8c1234567890::server:1234567890abcdef

Tento token si uložte – použijete ho pri konfigurácii worker uzlov.

Pridanie worker uzlov do klastra

Po úspešnej inštalácii master uzla môžeme k3s klaster rozšíriť o ďalšie Raspberry Pi ako worker uzly. Tie budú vykonávať reálnu prácu – spúšťať vaše aplikácie, kontajnery a služby.

---

1. Príprava worker uzlov

Pred samotným pripojením sa uistite, že každý worker uzol má:

• Nainštalovaný a aktualizovaný OS podľa postupu z časti Príprava Raspberry Pi.
• Statickú IP adresu a hostname (napr. rpi-worker1, rpi-worker2).
• Povolený SSH prístup.
• Povolené cgroups v /boot/cmdline.txt (rovnako ako master).

---

2. Prihlásenie na worker uzol

Pripojte sa cez SSH na jeden z worker uzlov:

ssh pi@IP_ADRESA_WORKER

3. Spustenie inštalácie k3s pre worker

Na worker uzloch neinštalujeme kompletný control plane, ale iba k3s agent.
Potrebujete poznať:

• IP adresu master uzla (MASTER_IP).
• Join token z mastera (NODE_TOKEN), ktorý ste získali príkazom:

sudo cat /var/lib/rancher/k3s/server/node-token

Spustite na worker uzle:

curl -sfL https://get.k3s.io | K3S_URL=https://MASTER_IP:6443 K3S_TOKEN=NODE_TOKEN sh -

4. Overenie stavu worker uzla

Po inštalácii sa worker automaticky pripojí k masteru. Overte to na master uzle:

k3s kubectl get nodes

Mali by ste vidieť master aj worker uzly so stavom Ready:

5. Opakovanie pre ďalšie workery

Ak máte viac worker uzlov, zopakujte postup od kroku 2 pre každý z nich s rovnakým K3S_URL a K3S_TOKEN.

---

6. Tip: Overenie komunikácie v klastri

Na master uzle môžete otestovať komunikáciu a nasadiť jednoduchý testovací pod:

k3s kubectl run test-nginx --image=nginx --port=80
k3s kubectl get pods -o wide

Pod by sa mal spustiť na jednom z worker uzlov, čo potvrdí funkčnosť klastra.

Kontrola funkčnosti a testovanie nasadenia

Po pridaní všetkých worker uzlov je potrebné overiť, či celý k3s klaster funguje správne, či sú všetky uzly v stave Readya či je možné nasadiť aplikácie. Tento krok je kľúčový na potvrdenie, že sieťová komunikácia, plánovanie podov a orchestrace v klastri prebiehajú bez problémov.

1. Overenie stavu uzlov

Na master uzle spustite:

k3s kubectl get nodes -o wide

Skontrolujte:

• STATUS: všetky uzly by mali mať stav Ready.
• ROLES: master má rolu control-plane, workery nemusia mať definovanú rolu.
• VERSION: verzia Kubernetes (k3s) by mala byť rovnaká na všetkých uzloch.
• INTERNAL-IP: IP adresy by mali zodpovedať nastaveniam z prípravy.

2. Overenie systémových podov

K3s pri štarte spúšťa viaceré systémové komponenty – CoreDNS, traefik (ak ste ho ponechali), storage provisioner a ďalšie.
Zobrazíte ich príkazom:

k3s kubectl get pods -A

Všetky systémové pody by mali byť v stave Running alebo Completed.

3. Nasadenie testovacej aplikácie

Na overenie funkčnosti je dobré nasadiť jednoduchú aplikáciu – napríklad Nginx:

k3s kubectl create deployment test-nginx --image=nginx

Po nasadení skontrolujte, na ktorom uzle beží:

k3s kubectl get pods -o wide

Výstup ukáže IP adresu podu a uzol, na ktorom bol naplánovaný. Ak sa pod spustil na workeri, znamená to, že plánovanie funguje správne.

4. Sprístupnenie aplikácie cez Service

Aby ste si mohli testovaciu aplikáciu zobraziť v prehliadači, vytvorte službu typu NodePort:

k3s kubectl expose deployment test-nginx --type=NodePort --port=80
k3s kubectl get service test-nginx

Výstup ukáže priradený NodePort (napr. 30080).

Potom otvorte prehliadač a zadajte:

http://IP_ADRESA_KTORÉHOKOĽVEK_UZLA:NodePort

Ak sa zobrazí predvolená stránka Nginxu, klaster je plne funkčný.

5. Vyčistenie testovacích zdrojov

Po teste môžete pod a službu odstrániť:

k3s kubectl delete deployment test-nginx
k3s kubectl delete service test-nginx