kubernetes 入门篇之架构介绍

经过前段时间的学习和实践，对k8s的架构有了一个大致的理解。

1. k8s 分层架构

架构层级	核心组件
控制平面层	etcd、API Server、Scheduler、Controller Manager
工作节点层	Kubelet、Kube-proxy、CRI（容器运行时接口）、CNI（网络插件）、CSI（存储插件）
资源对象层	Pod、Deployment、StatefulSet、HPA、VPA
扩展插件层	CoreDNS、Ingress Controller、KEDA（事件驱动自动扩缩）、Argo Rollouts

2. 组件

2.1. kube-apiserver

作用：Kubernetes 集群的核心入口，提供 RESTful API 服务。

功能：
接收所有来自客户端（如 kubectl）或集群内部组件的请求。

验证和校验请求的合法性（如权限、资源配额等）。

作为唯一直接与 etcd 交互的组件，负责集群状态的读写。

充当其他组件之间通信的枢纽（如 kube-scheduler、kube-controller-manager 等）。

2.2. kube-controller-manager

作用：运行一系列控制器（Controller），确保集群的实际状态与期望状态一致。

核心控制器：

Node Controller：监控节点状态（如节点宕机时触发处理）。

Replication Controller：确保 Pod 副本数符合预期（如 Deployment 的副本数）。

Endpoint Controller：维护 Service 与 Pod 的映射关系（Endpoints）。

Service Account & Token Controller：管理服务账户和访问令牌。

2.3. kube-scheduler

作用：负责将新创建的 Pod 调度到合适的节点上运行。

调度流程：

过滤：排除不满足 Pod 需求的节点（如资源不足、标签不匹配）。

打分：对剩余节点按优先级排序（如资源利用率、亲和性等）。

绑定：将 Pod 绑定到最优节点，由对应节点的 kubelet 执行创建。

可扩展性：支持自定义调度策略。

2.4. kubelet

作用：运行在每个节点上的“节点代理”，负责管理本节点上的 Pod 生命周期。

功能：

监听 API Server 或本地 Pod 清单（如静态 Pod），确保 Pod 按预期运行。

执行 Pod 的创建、启动、停止、监控等操作。

定期向 API Server 汇报节点状态（如资源使用情况、Pod 状态）。

与容器运行时（如 Docker、containerd、CRI-O）交互，管理容器。

2.5. kube-proxy

作用：实现 Kubernetes Service 的网络代理和负载均衡。

功能：

维护节点上的网络规则（如 iptables/IPVS），将访问 Service 的请求转发到后端 Pod。

实现 Service 的 ClusterIP、NodePort、LoadBalancer 等类型的网络暴露。

确保 Pod 之间的网络通信和负载均衡。

2.6. etcd

作用：Kubernetes 集群的分布式键值存储数据库，保存所有集群状态和数据。

功能：

存储集群的配置信息、节点信息、Pod 状态、Secrets、ConfigMaps 等。

提供高可用和强一致性的数据存储（基于 Raft 共识算法）。

仅通过 kube-apiserver 进行读写，其他组件不直接操作。

3. CRI

kubernetes 从v1.5 版本开始引入了CRI规范，通过插件接口模式，kubernetes无须重新编译就可以使用多种不同类型的容器运行时。kubernetes 从 v1.23 及之前的版本可以将 docker 作为容器运行时，从v1.24 版本开始不再支持 docker 作为容器运行时，采用containerd 、CRI-O作为容器运行时。

kubelet 基于gRPC框架通过UNIX Socket 与容器运行时通信。在该过程中，kubelet 作为客户端，CRI 是服务端。

CRI 主要包括两个gRPC服务：ImageService和RuntimeService，实现对容器镜像和容器实例的管理功能。

• ImageService：负责容器镜像的拉取，查看和移除镜像等。
• RuntimeService： 负责pod 和容器的生命周期管理，以及与容器的交互(如 exec、attac、 port-forward等)。