(二)Kubernetes架构介绍
一、Kubernetes架构介绍
1、Kubernetes架构图
2、Kubernetes组件功能介绍
【1】API Server
kube-apiserver 是 Kubernetes 最重要的核心组件之一,主要提供以下的功能
- 提供集群管理的 REST API 接口,包括认证授权、数据校验以及集群状态变更等
- 提供其他模块之间的数据交互和通信的枢纽(其他模块通过 API Server 查询或修改数据,只有 API Server 才直接操作 etcd)
$ kubectl api-versions # 查看API信息
【2】Kube-scheduler
kube-scheduler 负责分配调度 Pod 到集群内的节点上,它监听 kube-apiserver,查询还未分配 Node 的 Pod,然后根据调度策略为这些 Pod 分配节点(更新 Pod 的NodeName 字段)。
调度器需要充分考虑诸多的因素:
- 公平调度
- 资源高效利用
- QoS
- affinity 和 anti-affinity
- 数据本地化(data locality)
- 内部负载干扰(inter-workload interference)
- deadlines
指定 Node 节点调度
有三种方式指定 Pod 只运行在指定的 Node 节点上
- nodeSelector:只调度到匹配指定 label 的 Node 上
- nodeAffinity:功能更丰富的 Node 选择器,比如支持集合操作
- podAffinity:调度到满足条件的 Pod 所在的 Node 上
nodeSelector 示例
首先给 Node 打上标签
$ kubectl label nodes node-01 disktype=ssd
然后在 daemonset 中指定 nodeSelector 为 disktype=ssd :
spec:
nodeSelector:
disktype: ssd
【3】Controller Manager
Controller Manager 由 kube-controller-manager 和 cloud-controller-manager 组成,是Kubernetes 的大脑,它通过 apiserver 监控整个集群的状态,并确保集群处于预期的工作状态。
kube-controller-manager 由一系列的控制器组成:
- Replication Controller
- Node Controller
- CronJob Controller
- Daemon Controller
- Deployment Controller
- Endpoint Controller
- Garbage Collector
- Namespace Controller
- Job Controller
- Pod AutoScaler
- RelicaSet
- Service Controller
- ServiceAccount Controller
- StatefulSet Controller
- Volume Controller
- Resource quota Controller
kube-controller-manager 由一系列的控制器组成,这些控制器可以划分为三组
- 必须启动的控制器
• EndpointController
• ReplicationController
• PodGCController
• ResourceQuotaController
• NamespaceController
• ServiceAccountController
• GarbageCollectorController
• DaemonSetController
• JobController
• DeploymentController
• ReplicaSetController
• HPAController
• DisruptionController
• StatefulSetController
• CronJobController
• CSRSigningController
• CSRApprovingController
• TTLController - 默认启动的可选控制器,可通过选项设置是否开启
• TokenController
• NodeController
• ServiceController
• RouteController
• PVBinderController
• AttachDetachController - 默认禁止的可选控制器,可通过选项设置是否开启
• BootstrapSignerController
• TokenCleanerController
【4】Kubelet
每个Node节点上都运行一个 Kubelet 服务进程,默认监听 10250 端口,接收并执行Master 发来的指令,管理 Pod 及 Pod 中的容器。每个 Kubelet 进程会在 API Server 上注册所在Node节点的信息,定期向 Master 节点汇报该节点的资源使用情况,并通过cAdvisor 监控节点和容器的资源。
【5】Kube-proxy
每台机器上都运行一个 kube-proxy 服务,它监听 API server 中 service 和 endpoint 的变化情况,并通过 iptables 等来为服务配置负载均衡(仅支持 TCP 和 UDP)。
kube-proxy 可以直接运行在物理机上,也可以以 static pod 或者 daemonset 的方式运行。
【6】DNS
DNS 是 Kubernetes 的核心功能之一,通过 kube-dns 或 CoreDNS 作为集群的必备扩展来提供命名服务。
【7】Core-dns
从 v1.11 开始可以使用 CoreDNS 来提供命名服务,并从 v1.13 开始成为默认 DNS 服务。CoreDNS 的特点是效率更高,资源占用率更小,推荐使用 CoreDNS 替代 kube-dns 为集群提供 DNS 服务。
从 kube-dns 升级为 CoreDNS 的步骤为:
$ git clone https://github.com/coredns/deployment
$ cd deployment/kubernetes
$ ./deploy.sh | kubectl apply -f -
$ kubectl delete --namespace=kube-system deployment kube-dns
【8】kubeadm
kubeadm 是 Kubernetes 主推的部署工具之一,正在快速迭代开发中。
所有机器都需要初始化容器执行引擎(如 docker 或 frakti 等)和 kubelet。这是因为kubeadm 依赖 kubelet 来启动 Master 组件,比如 kube-apiserver、kube-manager-controller、kube-scheduler、kube-proxy 等。
初始化Master
在初始化 master 时,只需要执行 kubeadm init 命令即可,比如
kubeadm init --pod-network-cidr 10.244.0.0/16 --kubernetes-version stable
这个命令会自动
• 系统状态检查
• 生成 token
• 生成自签名 CA 和 client 端证书
• 生成 kubeconfig 用于 kubelet 连接 API server
• 为 Master 组件生成 Static Pod manifests,并放到
• /etc/kubernetes/manifests 目录中
• 配置 RBAC 并设置 Master node 只运行控制平面组件
• 创建附加服务,比如 kube-proxy 和 kube-dns
网络插件
• Flannel
• Weave
• Calico
添加Node
token=$(kubeadm token list | grep authentication,signing | awk '{print $1}')
kubeadm join --token $token ${master_ip}
这包括以下几个步骤
- 从 API server 下载 CA
- 创建本地证书,并请求 API Server 签名
- 最后配置 kubelet 连接到 API Server
删除安装
kubeadm reset
【9】Hyperkube
hyperkube是Kubernetes的allinone binary,可以用来启动多种kubernetes服务,常用在
Docker镜像中。每个Kubernetes发布都会同时发布一个包含hyperkube的docker镜像,
如 gcr.io/google_containers/hyperkube:v1.6.4 。
hyperkube支持的子命令包括
- kubelet
- apiserver
- controller-manager
- federation-apiserver
- federation-controller-manager
- kubectl
- proxy
- scheduler
【10】Kubectl
kubectl 是 Kubernetes 的命令行工具(CLI),是 Kubernetes 用户和管理员必备的管理工具。
- kubectl -h 查看子命令列表
- kubectl options 查看全局选项
- kubectl
--help 查看子命令的帮助 - kubectl [command] [PARAMS] -o=
设置输出格式(如 json、yaml、jsonpath 等) - kubectl explain [RESOURCE] 查看资源的定义
【11】Etcd
- Etcd是CoreOS基于Raft协议开发的分布式key-value存储,可用于服务发现、共享配置以及一致性保障(如数据库选主、分布式锁等)。
- 在分布式系统中,如何管理节点间的状态一直是一个难题,etcd像是专门为集群环境的服务发现和注册而涉及,它提供了数据TTL失效、数据改变监视、多值、目录监听、分布式锁原子操作等功能,可以方便的跟踪并管理集群节点的状态。
- Etcd负责保存整个Kubernetes集群的状态