Kubernetes 简介
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Kubernetes
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Kubernetes（常简称为K8s）是一个开源的容器编排平台，用于自动化部署、扩展和管理容器化应用程序。它提供了一个强大的容器编排和管理系统，可以简化应用程序的部署、扩展和管理过程。

1. k8s 架构

1.1. Master 节点

Kubernetes 集群中的 Master 节点是整个集群的控制中心，负责管理和控制集群中的所有操作。

Master 节点核心组件：

  • kube-apiserver：作为 Kubernetes API 的前端，处理来自用户和其他组件的 API 请求，并将其转发到适当的组件进行处理。
  • kube-controller-manager：负责运行和管理各种控制器，监控集群状态并根据需要进行调整。
  • kube-scheduler：负责将新创建的 Pod 调度到集群中的节点上，根据节点资源和其他策略进行决策。
  • etcd：一个分布式键值存储系统，用于存储集群的配置数据和状态信息。（也可以部署到集群外的节点）

1.2. Node 节点

Kubernetes 集群中的 Node 节点是运行容器的工作节点。

Node 节点核心组件：

  • kubelet：负责管理节点上的容器，与 Master 节点通信，并执行 Master 节点下发的指令。
  • kube-proxy：负责为 Pod 提供网络代理和负载均衡功能，以便它们可以与集群内和集群外的其他服务进行通信。
  • 容器引擎：负责在节点上运行和管理容器。

注意：Master 节点需要与 Node 节点通信，并且需要启动一些静态 Pod，所有 Master 节点也需要部署这些组件。

1.3. 其他组件

  • Flannel、Calico 等：网络插件，它的作用是为 Kubernetes 集群提供网络通信功能。
  • kube-dns：它的作用是提供 DNS（Domain Name System）解析服务，为集群中的应用程序提供服务发现和名称解析功能。
  • Ingress Controller：它的作用是管理和处理集群中的 Ingress 资源，为应用程序提供外部访问和路由的功能。
  • Heapster：一个监控组件，用于收集和聚合集群中的资源使用情况和性能指标数据。它可以提供对集群中的节点、Pod、容器等资源的监控和度量。
  • Dashboard：一个基于 Web 的用户界面，用于可视化和管理 Kubernetes 集群。它提供了一个直观的界面，使用户可以轻松地查看和操作集群中的资源。
  • Federation：是一种用于管理多个 Kubernetes 集群的解决方案。它允许将多个独立的 Kubernetes 集群组织成一个逻辑上的整体，以便更方便地管理和操作这些集群。
  • Fluentd-elasticsearch：Fluentd 是一个开源的日志收集和传输工具，而 Elasticsearch 是一个开源的分布式搜索和分析引擎。Fluentd-Elasticsearch 是将 Fluentd 与 Elasticsearch 结合使用的解决方案，用于实现日志的收集、传输和存储。
  • Rancher：k8s管理工具。

2. k8s 集群指令运行流程

在 Kubernetes 集群中执行一个指令（如 kubectl apply -f deployment.yaml）时，整个系统会经历一系列复杂的交互过程。以下是详细的运行流程解析：

  1. 客户端指令发起阶段 (kubectl)
    1. 指令解析：
      • 用户执行 kubectl 命令（如 apply, create, delete）
      • kubectl 解析 YAML/JSON 配置文件或命令行参数
    2. 认证与授权：
      • 读取本地 kubeconfig 文件（默认 ~/.kube/config）
      • 与 API Server 建立 TLS 连接
      • 发送认证信息（证书、token 等）
      • API Server 验证用户身份和权限（RBAC）
    3. API 请求构造：
      • 将指令转换为 REST API 请求。
      • 示例：kubectl apply -f deployment.yaml 转换为 POST /apis/apps/v1/namespaces/default/deployments
  2. API Server 处理阶段
    1. 请求接收：
      • API Server 接收 HTTP 请求
      • 进行准入控制（Admission Control）：
        • 验证资源格式（Schema Validation）
        • 执行 Mutating Admission Webhooks（可修改资源）
        • 执行 Validating Admission Webhooks（验证资源）
    2. 持久化存储：
      • 将资源对象写入 etcd 分布式键值存储
      • 确保数据一致性（通过 Raft 共识算法）
    3. 事件广播：
      • 通过 Watch 机制通知相关控制器资源变更
      • 触发后续协调（Reconciliation）流程
  3. 控制器协调阶段
    1. Deployment Controller：
      • 检测到新的 Deployment 对象
      • 创建对应的 ReplicaSet
      • 计算期望的 Pod 数量
    2. ReplicaSet Controller：
      • 根据副本数创建/删除 Pod 对象
      • 更新 Pod 状态到 etcd（通过 API Server 更新 etcd 数据）
    3. Scheduler 调度：
      • 检测到未调度的 Pod
      • 根据调度策略选择合适节点：
        • 过滤（Filter）：排除不满足条件的节点
        • 打分（Score）：为剩余节点评分
      • 将 Pod 绑定到选定节点（更新 etcd）
  4. 节点执行阶段 (kubelet)
    1. Pod 同步：
      • 目标节点的 kubelet 通过 Watch 机制发现新分配的 Pod
      • 检查本地 Pod 缓存状态
    2. 容器运行时交互：
      • 通过 CRI（Container Runtime Interface）调用容器运行时（Docker/containerd等）
      • 拉取镜像（如未本地缓存）
      • 创建容器
    3. 状态上报：
      • 定期向 API Server 报告 Pod 状态
      • 更新 etcd 中的 Pod 状态
  5. 服务发现与网络
    1. Endpoint Controller：
      • 监控 Pod 变化
      • 更新对应的 Endpoint 对象
    2. kube-proxy：
      • 根据 Service/Endpoint 变化配置网络规则
      • 模式选择：
        • iptables：创建链式规则
        • ipvs：使用内核级负载均衡
    3. DNS 更新：
      • CoreDNS 监控 Service 变化
      • 更新集群 DNS 记录
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