1 vcluster 介绍
虚拟集群（virtual cluster, 简称 vcluster）是在常规的 Kubernetes 集群之上运行的一个功能齐全，轻量级，隔离性良好的 Kubernetes 集群。虚拟集群的核心思想是提供运行在“真实”Kubernetes 集群之上隔离的 Kubernetes 控制平面（例如 API Server）。与完全独立的“真实“集群相比，虚拟集群没有自己的工作节点或者网络，工作负载实际上还是在底层宿主集群上调度。
默认情况下，vcluster 作为一个包含 2 个容器的 Pod 运行。（由 StatefulSet 调度），包含：
- 控制平面：包含 API Server, Controller Manager, 数据存储。默认情况下使用 sqlite 作为数据存储，并且使用 k3s 运行 API Server 和 Controller Manager。
- Syncer 同步器：vcluster 本身并没有实际的工作节点或者网络，它使用 syncer 将虚拟集群中创建的资源复制到底层宿主集群中。
vcluster 中的资源分为两种：
- 高级（纯虚拟）：这部分资源只存在于虚拟集群中，例如 Deployment、StatefulSet、CRD 等。
- 低级（同步资源）：一些底层的 Kubernetes 资源需要同步到底层宿主集群中，例如 Pod、Service、Persistent Volume 等等。
vcluster 有以下特点：
- 可使用集群层面的资源：在虚拟集群中允许租户使用 CRD、Namespaces、ClusterRole 等资源，这比通过命名空间隔离的方式功能更加强大。
- 轻量级：vcluster 默认使用 k3s 构建虚拟集群，k3s 是一个经过认证的轻量级 Kubernetes 发行版，100% 兼容 Kubernetes API，它将 Kubernetes 的组件编译为小于 100 MB 的单个二进制文件，默认禁用所有不需要的 Kubernetes 功能，例如 Pod 调度器或某些控制器，这使得 k3s 的内存使用仅仅为常规 k8s 的一半。另外 vcluster 还支持其他发行版，例如 k0s 或常规 k8s。
- 经济高效：创建虚拟集群比“真正的“集群更加便宜和高效，最少只需要创建单个 vcluster Pod（包含 API server, syncer, 后端存储）。
- 良好的隔离性：每个虚拟集群有独立的控制平面和接入点，并且可以对虚拟集群的网络和工作负载进行限制。
- 没有性能下降：Pod 实际上被部署在底层主机集群中，因此它们在运行时根本不会受到性能影响。
- 减少宿主集群上的开销：高级资源（例如 Deployment、StatefulSet、CRD ）仅保留在虚拟集群中而不会到达底层宿主集群，从而大大减少对底层宿主集群 Kubernetes API Server 的请求数量。
- 易于部署 ：vcluster 可以通过 vcluster CLI、helm、kubectl、cluster api、Argo CD 等多种工具进行部署（它本质上只是一个 StatefulSet 资源）。
- 单一命名空间封装：每个虚拟集群及其所有的工作负载都位于底层宿主集群的单一命名空间内。
- 灵活和多功能：vcluster 支持不同的后端存储（例如 sqlite、mysql、postgresql 和 etcd）、插件，允许自定义资源的同步策略，你甚至还可以在 vcluster 中部署 vcluster。
使用虚拟集群相比创建单独的 Kubernetes 集群更经济高效，同时相较于命名空间的隔离方式则能够提供更好的多租户和隔离特性。下表对命名空间、vcluster 和单独的 Kubernetes 集群 3 种方式在隔离性、多租户访问、成本等方面进行了对比。
