Kubernetes 组件详解和高可用配置
概述
本文详细介绍 Kubernetes 的核心组件架构，包括控制平面、工作节点以及高可用拓扑配置。
控制平面（Control Plane）
控制平面
控制平面是 Kubernetes 集群的神经中枢，包含用于控制集群的核心组件以及集群状态和配置数据。这些组件负责确保容器以足够的数量和所需的资源运行。
控制平面会一直与计算节点保持联系，确保集群按照配置的方式运行。
kube-apiserver
API Server 是 Kubernetes 控制平面的前端，用于处理内部和外部请求。
| 访问方式 | 说明 |
|---|---|
| REST API | 直接调用 API |
| kubectl | 命令行工具 |
| kubeadm | 集群管理工具 |
相关文档: 检查 API Server 状态
kube-scheduler
调度程序负责将 Pod 安排到适当的计算节点：
- 考虑容器集的资源需求（CPU、内存）
- 评估集群的运行状况
- 将容器集安排到适当的计算节点
相关文档: 调度问题排查
kube-controller-manager
控制器管理器将多个控制器功能合而为一，内部分不同进程运行，但打包为一个二进制文件：
| 控制器 | 职责 |
|---|---|
| Node Controller | 监控节点状态，响应节点故障 |
| Job Controller | 监控 Job 对象，创建 Pod 执行一次性任务 |
| EndpointSlice Controller | 维护 Service 和 Pod 之间的链接 |
| ServiceAccount Controller | 为新命名空间创建默认 ServiceAccount |
etcd
集群数据存储
etcd 是一个分布式键值存储数据库，存储集群的配置数据和状态信息，被视为集群的最终事实来源。
相关文档:
工作节点（Node）
节点
Kubernetes 集群中至少需要一个计算节点，但通常会有多个。容器集经过调度和编排后，就会在节点上运行。扩展集群容量需要添加更多节点。
Pod（容器集）
Pod 是 Kubernetes 对象模型中最小、最简单的单元：
- 代表应用的单个实例
- 由一个或一系列紧密耦合的容器组成
- 可连接持久存储运行有状态应用
容器运行时引擎
每个计算节点都需要一个容器运行时引擎来运行容器：
| 运行时 | 说明 |
|---|---|
| containerd | 常用 CRI 运行时；需由发行版或管理员安装并配置 |
| CRI-O | 轻量级 OCI 兼容运行时 |
| Docker | 通过 cri-dockerd 适配器支持 |
kubelet
Kubelet 服务
每个 Node 节点上都运行一个 Kubelet 服务进程，默认监听 10250 端口。
主要职责：
- 接收并执行 Master 发来的指令
- 管理 Pod 及 Pod 中的容器
- 在 API Server 上注册节点信息
- 定期向 Master 汇报资源使用情况
相关文档: Kubelet 配置
kube-proxy
kube-proxy 是网络代理，负责处理集群内部或外部的网络通信：
- 使用操作系统的数据包过滤层（iptables/IPVS）
- 或自行转发流量
相关文档: 检查 kube-proxy 模式
集群基础设施
持久存储
Kubernetes 可以管理附加在集群上的应用数据。用户可以请求存储资源，而无需了解底层存储基础架构的详细信息。持久卷是集群（而非 Pod）所特有的，因此其寿命可以超过 Pod。
容器镜像仓库
Kubernetes 所依赖的容器镜像存储于容器镜像仓库中。可以是自己配置的私有仓库，也可以由第三方提供。
底层基础架构
Kubernetes 可以在许多不同类型的基础架构上运行：裸机服务器、虚拟机、公共云、私有云和混合云环境。
相关文档:
高可用拓扑
Stacked etcd topology（堆叠式）
在这个场景下：
- API Server 和本地的 etcd 进行通信
- Controller Manager 和 Scheduler 都和本机的 API Server 进行通信
- Node 节点通过 LB 和 API Server 进行通信
优点
- 部署简单，etcd 和控制平面组件在同一节点
- 需要的服务器数量较少
缺点
- 控制平面节点故障会同时影响 etcd
External etcd topology（外部式）
在这个场景下：
- APIr 和远端的 etcd 进行通信
- Controller Manager 和 Scheduler 都和本机的 API Server 进行通信
- Node 节点通过 LB 和 API Server 进行通信
优点
- etcd 集群独立，更高的可用性
- 控制平面和数据存储分离
缺点
- 需要更多服务器
- 部署和维护更复杂
相关文档:
参考文档
官方文档
返回: Kubernetes