k8s 各组件功能

1.1、kube-apiserver

Kubernetes API server 提供了k8s各类资源对象的增删改查及watch等HTTP Rest接口，这些对象包括pods、services、replication controllers等，API Server 为REST操作提供服务，并为集群的共享状态提供前端，所有其他组件都通过该前端进行交互。

• RESTful API：是RSET风格的网络接口，REST描述的是在网络中client和server的一种交互形式。
• REST：是一种软件架构风格，或者说是一种规范，其强调HTTP应当以资源为中心，并且规范了URI的风格，规范了HTTP请求动作（GET/PUT/POST/DELETE/HEAD/OPTIONS）的使用，具有对应的语义。

1.2、kube-scheduler

kubernetes调度器是一个控制面进程，负责将Pods指派到节点上。通过调度算法为待调度Pod列表的每个Pod从可用Node列表中选择一个最适合的Node，并将信息写入etcd中。node节点上的kubelet通过API Server监听到kubernetes Scheduler 产生的Pod绑定信息，然后获取对应的Pod清单，下载Image，并启动容器。

策略：

• LeastRequestedPriority：优先从备选节点列表中选择资源消耗最小的节点（CPU+内存）
• CalculateNodeLabelPriority：优先选择含有指定Label的节点
• BalanceResourceAllocation：优先从备选节点列表中选择各项资源使用率最均衡的节点

1.3、kube-controller-manager

kube-controller-manager：Controller Manager还包括一些子控制器（副本控制器、节点控制器、命名空间控制器和服务账号控制器等），控制器作为集群内部的管理控制中心，负责集群内部的Node、Pod副本、服务端点（Endpoint）、命名空间（Namespace）、服务账号（ServiceAccount）、资源定额（ResourceQuota）的管理，当某个Node意外宕机时，Controller Manager会及时发现并执行自动化修复流程，确保集群中的pod副本始终处于预期的工作状态。

• controller-manager控制器每间隔5秒钟检查一次节点的状态。
• 如果controller-manager控制器没有收到自节点的心跳，则将该node节点标记为不可达。
• controller-manager将在标记为无法访问之前等待40秒。
• 如果该node节点被标记为无法访问后5分钟还没有恢复，controller-manager会删除当前node节点的所有pod并在其它可用节点重建这些pod。

pod高可用机制：

• node monitor period：节点监视周期，5s
• node monitor grace period：节点监视器宽限期，40s
• pod eviction timeout：pod驱逐超时时间，5m

1.4、kube-proxy

kube-proxy：kubernetes网络代理运行在node上它反映了node上Kubernetes API中定义的服务，并可以通过一组后端进行简单的TCP、UDP和SCTP流转发或者在一组后端进行循环TCP、UDP和SCTP转发，用户必须使用apiserver API创建一个服务来配置代理，其实就是kube-proxy通过在主机上维护网络规则并执行连接转发来实现kubernettes服务访问。

• kube-proxy 运行在每个节点上，监听API Server 中服务对象的变化，再通过管理iptables或者IPVS规则来实现网络的转发。
• kube-proxy不同的版本可以支持三种工作模式：
• UserSpace：k8s v1.1之前使用，k8s 1.2及以后就已经淘汰
• iptables：k8s 1.1版本开始支持，1.2开始为默认

IPVS：k8s 1.9引入到1.11为正式版本，需要安装ipvsadm，ipset工具包和加载ip_vs内核模块。IPVS相对iptables效率会更高一些，使用IPVS模式需要在运行Kube-Proxy的节点安装ipvsadm、ipset工具包和加载ip_vs内核模块，当Kube_Proxy以IPVS代理模块启动时，Kube-Proxy将验证节点上是否安装了IPVS模块，如果未安装，则Kube-Proxy将回退到iptables代理模式。

使用IPVS模式，Kube-Proxy会监视Kubernetes Service对象和Endpoints,调用宿主机内核Netlink接口以相应地创建IPVS规则并定期与Kubernetes Service对象Endpoints 对象同步IPVS规则，以确保IPVS状态与期望一致，访问服务时，流量将被重定向到其中一个后端Pod,IPVS使用哈希表作为底层数据结构并在内核空间中工作，这意味着IPVS可以更快地重定向流量，并且在同步代理规则时具有更好的性能，此外，IPVS为负载均衡算法提供了更多选项，例如：rr （轮询调度）、lc（最小连接数）、dh（目标哈希）、sh（源哈希）、sed（最短期望延迟）、nq（不排队调度）等。

1.5、Kubelet

kubelet是运行在每个worker节点的代理组件，它会监视已分配给节点的pod，具体功能如下：

• 向master汇报node节点的状态信息
• 接受指令并在Pod中创建docker容器
• 准备Pod所需的数据卷
• 返回pod的运行状态
• 在node节点执行容器健康检查

1.5、etcd

etcd是CoreOS公司开发目前是Kubernetes默认使用key-value数据存储系统，内部采用raft协议作为一致性算法，etcd基于Go语言实现，用于保存kubernetes的所有集群数据，etcd支持分布式集群功能，生产环境使用时需要etcd数据提供定期备份机制。etcd有多个不同的API访问版本，v1版本已经废弃，etcd v2和v3 本质上是共同一套raft协议代码的两个独立的应用，接口不一样，存储不一样，数据互相隔离，也就是说如果从Etcd v2升级到Etcd v3,原来v2的数据还是只能用v2的接口访问，v3的接口的数据也只能访问通过v3的接口访问。

etcd具有下面这些属性：

• 完全复制：集群中的每个节点都可以使用完整的存档
• 高可用性：Etcd可用于避免硬件的单点故障或网络问题
• 一致性：每次读取都会返回跨多主机的最新写入
• 简单：包括一个定义良好、面向用户的API（gRPC）
• 安全：实现了带有可选的客户端证书身份验证的自动化TLS
• 快速：每秒10000次写入的基准速度
• 可靠：使用Raft算法实现了存储的合理分布Etcd的工作原理

1.6、DNS

DNS负责为整个集群提供DNS服务，从而实现服务之间的访问。

• coredns
• kube-dns:1.18
• sky-dns

1.7、Dashborad

Dashbord是基于网页的Kubernetes用户界面，可以使用Dashboard获取运行在集群中的应用的概念信息，也可以创建或者修改Kubernetes资源（如Deployment，Job，DaemonSet等等），也可以对Deployment实现弹性伸缩、发起滚动升级、重启Pod或者使用向导创建新的应用。