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Kubernetes（k8s）是一个复杂的容器编排系统，其架构由多个核心组件和可选插件组成，共同协作以管理容器化应用。以下是其系统组件的详细分类和说明：
一、控制平面（Control Plane/Master 组件）
控制平面负责集群的全局决策和状态管理，通常部署在独立的 Master 节点上。核心组件包括：
1. API Server（kube-apiserver）
• 作用：集群的中央枢纽，处理所有 REST 请求（如 kubectl 命令），验证并更新集群状态到 etcd。
• 关键特性：
• 提供 Kubernetes API，是唯一直接与 etcd 交互的组件。
• 支持水平扩展，通过多实例实现高可用。
2. Scheduler（kube-scheduler）
• 作用：将未调度的 Pod 分配到合适的 Node 上运行。
• 调度策略：基于资源需求（CPU/内存）、亲和性（Affinity）、污点（Taint）等规则选择节点。
3. Controller Manager（kube-controller-manager）
• 作用：运行多个控制器，确保集群实际状态与期望状态一致。
• 核心控制器：
• Deployment 控制器：管理副本数及滚动更新。
• Node 控制器：监控节点状态（如宕机时标记为不可用）。
• Service 控制器：创建云平台负载均衡器（如 AWS ELB）。
• Endpoint 控制器：维护 Service 与 Pod 的映射关系。
4. etcd
• 作用：分布式键值数据库，存储集群的所有配置和状态数据（如 Pod、Service、Secret 等）。
• 高可用：通常以奇数节点（如 3、5）组成集群，通过 Raft 协议保证数据一致性。
5. Cloud Controller Manager（可选）
• 作用：集成云平台特性（如负载均衡器、存储卷），仅在公有云环境中需要。
• 示例功能：自动创建云存储（AWS EBS）或负载均衡器（GCP Load Balancer）。
二、工作节点（Worker Node 组件）
工作节点负责运行容器化应用，每个节点包含以下核心组件：
1. kubelet
• 作用：与 API Server 通信，管理本节点上的 Pod 生命周期。
• 关键职责：
• 启动/停止容器（通过容器运行时）。
• 挂载存储卷、拉取镜像、监控资源使用并上报节点状态。
2. kube-proxy
• 作用：维护节点网络规则，实现 Service 的流量转发。
• 工作模式：
• iptables（默认）：通过规则匹配将流量转发到后端 Pod。
• IPVS：高性能负载均衡，支持更多调度算法（如轮询、加权轮询）。
3. 容器运行时（Container Runtime）
• 作用：实际运行容器的底层软件（如 Docker、containerd、CRI-O）。
• 接口标准：遵循 Kubernetes CRI（Container Runtime Interface）。
三、插件与附加组件
这些组件扩展了 Kubernetes 的功能，通常以 Pod 形式部署在集群中。
1. 网络插件（CNI 插件）
• 作用：实现 Pod 跨节点通信（覆盖网络或路由方案）。
• 常见插件：Calico（策略网络）、Flannel（简单覆盖网络）、Cilium（eBPF 高性能）。
2. CoreDNS
• 作用：集群内部 DNS 服务，解析 Service 和 Pod 的域名。
• 替代方案：Kube-DNS（旧版本）。
3. Ingress 控制器
• 作用：管理外部访问（HTTP/HTTPS 路由），如 Nginx Ingress、Traefik。
• 依赖：需配合 Ingress 资源定义路由规则。
4. Metrics Server
• 作用：收集集群资源指标（CPU/内存），供 HPA（自动扩缩）和 kubectl top 使用。
5. Dashboard
• 作用：Web UI 界面，可视化查看和管理集群资源。
6. 存储插件（CSI 驱动）
• 作用：动态提供持久化存储（如 AWS EBS、NFS）。
• 接口标准：遵循 CSI（Container Storage Interface）。
四、工具与客户端
1. kubectl
• 作用：命令行工具，用于与集群交互（创建资源、查看日志等）。
2. kubeadm
• 作用：快速引导 Kubernetes 集群（初始化 Master 和加入 Node）。
3. Helm
• 作用：包管理工具，通过 Charts 定义和部署复杂应用（如 MySQL、Redis）。
五、组件交互流程示例
- 用户创建 Deployment：
• 请求发送到 API Server，写入 etcd。kubectl apply -f deployment.yaml - Scheduler 分配 Pod：
• 发现未调度的 Pod，根据策略选择目标 Node。 - kubelet 启动容器：
• 目标 Node 的 kubelet 拉取镜像，通过容器运行时启动 Pod。 - kube-proxy 配置网络：
• 创建 Service 后，kube-proxy 更新 iptables/IPVS 规则，将流量转发到 Pod。 - Controller Manager 监控状态：
• 若 Pod 崩溃，Deployment 控制器会创建新副本以维持期望状态。
总结
• 核心组件：API Server、Scheduler、Controller Manager、etcd、kubelet、kube-proxy。
• 扩展插件：网络插件（CNI）、CoreDNS、Ingress 控制器、Metrics Server。
• 工具生态：kubectl、kubeadm、Helm、Dashboard。
• 设计原则：模块化、高可用、声明式 API，通过组件协作实现自动化容器编排。