Kubernetes 架构笔记

1. Kubernetes 概述

Kubernetes 是一个容器编排平台，用于自动化部署、扩展和管理容器化应用。
核心功能：

• 自动化容器的部署和复制
• 动态扩缩容
• 负载均衡与服务发现
• 自愈能力（自动重启、替换故障容器）
• 密钥与配置管理

2. Kubernetes 架构图：Master 与 Node 节点核心架构图

3. Kubernetes 架构组件

Kubernetes 采用主从（Master-Worker）架构，分为**控制平面（Control Plane）和工作节点（Worker Nodes）**两部分。

3.1 控制平面（Master）

负责集群的全局决策和调度，包含以下核心组件：

1. kube-apiserver

• 作用：集群的唯一入口，提供 REST API，所有组件均通过它与集群交互。
• 关键特性：
  • 认证/授权（如 RBAC）
  • 校验资源配置（如 YAML 文件）
  • 与 etcd 交互存储集群状态

2. etcd

• 作用：分布式键值存储数据库，保存集群的所有状态数据（如 Pod、Service 配置）。
• 特性：
  • 高可用性（通常部署奇数个节点）
  • 数据一致性（基于 Raft 算法）

3. kube-scheduler

• 作用：决定 Pod 应该运行在哪个节点上。
• 调度策略：
  • 资源需求（CPU/Memory）
  • 亲和性/反亲和性（Affinity/Anti-affinity）
  • 节点标签匹配

4. kube-controller-manager

• 作用：运行多个控制器进程，确保集群状态符合预期。
• 核心控制器：
  • Deployment Controller：管理副本数
  • Node Controller：监控节点状态
  • Service Controller：管理 Service 和 Endpoints

5. cloud-controller-manager（可选）

• 作用：与云厂商（如 AWS、Azure）交互，管理负载均衡器、存储卷等云资源。

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3.2 工作节点（Worker Node）

运行容器化应用的机器，包含以下组件：

1. kubelet

• 作用：节点上的“代理”，负责：
  • 与控制平面通信
  • 管理 Pod 生命周期（创建/销毁容器）
  • 监控容器健康状态

2. kube-proxy

• 作用：实现 Kubernetes Service 的网络代理和负载均衡。
• 支持模式：
  • iptables（默认）
  • IPVS（高性能场景）

3. 容器运行时（Container Runtime）

• 作用：运行容器的底层软件，如：
  • Docker（已废弃，改用 containerd）
  • containerd（默认）
  • CRI-O

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3. Kubernetes 核心对象

对象	作用描述
Pod	最小部署单元，包含一个或多个共享网络的容器
Deployment	管理 Pod 的副本集，支持滚动更新和回滚
Service	定义一组 Pod 的访问策略（如负载均衡、DNS 名称）
ConfigMap	存储非机密配置数据（如环境变量）
Secret	存储敏感数据（如密码、令牌）
Volume	提供 Pod 中容器的持久化存储

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4. 集群交互流程示例

1. 用户提交请求
   kubectl apply -f nginx.yaml → 请求发送到 kube-apiserver。
2. 写入状态
   kube-apiserver 将配置保存到 etcd。
3. 调度决策
   kube-scheduler 选择合适节点，更新 etcd。
4. 执行部署
   kubelet 监听到变化，调用 containerd 创建容器。
5. 服务暴露
   kube-proxy 配置 iptables 规则，实现 Service 访问。

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5. 架构图（简化）

6. 数据流说明