总体架构⌗

Kubernetes系统采用C/S架构，分为Master和Node两个部分，Master作为Server端，Node作为Client端。

多Master的方式可以实现集群的高可用。

Master也叫做主控节点，它主要负责：

  • 管理所有的节点
  • 调度POD
  • 控制集群运行过程中的所有状态 包含了以下几个组件：
  • API-Server：集群的HTTP REST接口，统一入口
  • Controller-Manager：所有资源的自动化控制中心
  • Scheduler：POD调度

Node也叫做工作节点，主要负责：

  • 管理所有容器
  • 监控、上报所有POD的运行状态 包含了以下几个组件：
  • Kubelet：管理节点上容器的生命，与Master节点通信
  • Kube-Proxy：服务通信、负载均衡
  • CRI容器运行时：接收kubelet的容器相关的指令并执行

Master节点也拥有Node相关的组件，即该Master也可以作为工作节点进行计算。

除此之外，k8s内部的存储采用ETCD作为唯一存储，一般采用集群高可用的方式部署。

Etcd集群是分布式K/V存储集群，提供了可靠的强一致性服务发现。Etcd集群存储Kubernetes系统的集群状态和元数据，其中包括所有Kubernetes资源对象信息、资源对象状态、集群节点信息等。Kubernetes将所有数据存储至Etcd集群前缀为/registry的目录下。

各个组件的功能⌗

在k8s集群中主要有以下几种组件：

kubectl⌗

kubectl是K8s官方提供的命令行工具，它主要与API-Server交互，通信协议采用HTTP/Json。

client-go⌗

除了有命令行工具对K8s进行管理之外，还提供了编程方式。client-go用golang进行开发，它最初是K8s的部分代码，现在抽成了独立的仓库。

K8s任何组件与API-Server通信都是基于client-go。

API-Server⌗

负责将K8s “资源组/资源版本/资源” 以RESTful形式对外提供服务。API-Server是集群中唯一与ETCD交互的组件。并且实现了集群的安全访问机制以及认证、授权、准入控制等。

Controller-Manager⌗

管理控制器负责管理、维护集群内的状态，如维护POD的副本个数为期望的状态值等。

包含了多个控制器：

  • DeploymentControllers控制器
  • StatefulSet控制器
  • Namespace控制器
  • PersistentVolume控制器
  • 等等 每个控制器通过kube-apiserver组件提供的接口实时监控整个集群每个资源对象的当前状态，当因发生各种故障而导致系统状态出现变化时，会尝试将系统状态修复到“期望状态”。

Scheduler⌗

负责调度POD在某个节点上运行。Kubelet上报节点信息，Scheduler通过监控这些信息，当有新的POD需要调度时，会根据这些节点信息进行调度算法计算最有节点。

调度算法分为两种，分别为预选调度算法和优选调度算法。除调度策略外，Kubernetes还支持优先级调度、抢占机制及亲和性调度等功能。

kube-scheduler组件支持高可用性（即多实例同时运行），即基于Etcd集群上的分布式锁实现领导者选举机制，多实例同时运行，通过kube-apiserver提供的资源锁进行选举竞争。抢先获取锁的实例被称为Leader节点（即领导者节点），并运行kube-scheduler组件的主逻辑；而未获取锁的实例被称为Candidate节点（即候选节点），运行时处于阻塞状态。在Leader节点因某些原因退出后，Candidate节点则通过领导者选举机制参与竞选，成为Leader节点后接替kube-scheduler的工作。

Kubelet⌗

kubelet组件用来接收、处理、上报kube-apiserver组件下发的任务。kubelet进程启动时会向kube-apiserver注册节点自身信息。它主要负责所在节点（Node）上的Pod资源对象的管理，例如Pod资源对象的创建、修改、监控、删除、驱逐及Pod生命周期管理等。

kubelet组件实现了3种开放接口：

  • Container Runtime Interface：简称CRI（容器运行时接口），提供容器运行时通用插件接口服务。CRI定义了容器和镜像服务的接口。CRI将kubelet组件与容器运行时进行解耦，将原来完全面向Pod级别的内部接口拆分成面向Sandbox和Container的gRPC接口，并将镜像管理和容器管理分离给不同的服务。

  • Container Network Interface：简称CNI（容器网络接口），提供网络通用插件接口服务。CNI定义了Kubernetes网络插件的基础，容器创建时通过CNI插件配置网络。

  • Container Storage Interface：简称CSI（容器存储接口），提供存储通用插件接口服务。CSI定义了容器存储卷标准规范，容器创建时通过CSI插件配置存储卷。

Kube-Proxy⌗

kube-proxy组件，作为节点上的网络代理，运行在每个Kubernetes节点上。它监控kube-apiserver的服务和端点资源变化，并通过iptables/ipvs等配置负载均衡器，为一组Pod提供统一的TCP/UDP流量转发和负载均衡功能。

Kube-Proxy有几个工作模式：

  • userspace
  • iptables 模式
  • ipvs 模式

具体可以参考：services-networking

CRI容器运行时组件⌗

CRI 在 Kubernetes 1.5 中引入，充当kubelet和容器运行时之间的桥梁。

即kubelet需要跟Contaner Runtime交互去管理容器的生命周期。