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1.1 Architecture

1.1 Kubernetes architecture

核心架构图

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graph TD
    A[Master Node] -->|管理| B[Worker Nodes]
    A -->|存储集群状态| C[ETCD Cluster]
    A -->|调度决策| D[Kube-Scheduler]
    A -->|控制循环| E[Controller Manager]
    E -->|节点管理| F[Node-Controller]
    E -->|副本管理| G[Replication-Controller]
    A -->|API 入口| H[Kube-APIServer]
    B -->|运行容器| I[Container Runtime]
    B -->|代理网络| J[Kube-Proxy]
    B -->|节点代理| K[Kubelet]

Master Node（控制平面）

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“前台”，所有操作的唯一入口（RESTful API）。
  • 关键关系：
    • 接收用户或工具的请求（如 kubectl）。
    • 验证请求后，将状态写入 ETCD。
② ETCD Cluster
  • 作用：分布式键值数据库，存储集群所有状态（如 Pod、Node 配置）。
  • 关键关系：
    • 只有 APIServer 能直接读写 ETCD。
    • 高可用部署需 3 个以上节点。
③ Kube-Scheduler
  • 作用：决定 Pod 运行在哪个 Worker Node 上。
  • 调度策略：
    • 资源需求（CPU/Memory）。
    • 亲和性/反亲和性规则。
④ Controller Manager
  • 作用：通过控制循环确保集群实际状态与期望状态一致。
    • Node-Controller：
      • 监控 Node 状态（如宕机时标记为 NotReady）。
    • Replication-Controller：
      • 确保 Pod 副本数符合预期（已逐步被 Deployment 替代）。

Worker Nodes（工作节点）

运行容器化应用，包含以下组件：

① Kubelet
  • 作用：节点上的“代理”，负责：
    • 与 APIServer 通信（接收 Pod 定义）。
    • 管理容器生命周期（通过 Container Runtime）。
② Container Runtime
  • 常见实现：Docker、containerd、CRI-O。
  • 作用：实际运行容器的引擎（如拉取镜像、启动/停止容器）。
③ Kube-Proxy
  • 作用：维护节点网络规则（如 Service 的 IP 转发、负载均衡）。
  • 关键关系：
    • 实现 ClusterIP、NodePort 等网络功能。

核心概念关系总结

概念 功能简述 依赖/交互对象
Master 集群大脑，全局决策 所有 Worker Nodes
ETCD 集群状态存储 仅 APIServer 可读写
Kube-Scheduler 调度 Pod 到 Node 监听 APIServer 的未调度 Pod
Controller Manager 确保集群状态一致 通过 APIServer 监听 ETCD
Kubelet 执行 Pod 管理 接收 APIServer 指令
Kube-Proxy 处理 Service 网络流量 依赖节点网络配置

工作流程示例（以部署一个 Pod 为例）

  1. 用户提交请求：kubectl create -f pod.yaml → APIServer。
  2. 写入状态：APIServer 将 Pod 定义存入 ETCD。
  3. 调度决策：Scheduler 发现未调度的 Pod，选择合适 Node 并更新 ETCD。
  4. 执行创建：目标 Node 的 Kubelet 监听到变化，调用 Container Runtime 启动容器。
  5. 状态反馈：Kubelet 将 Pod 状态报告给 APIServer → 写入 ETCD。

常见疑问解答

  • Q：ETCD 和 APIServer 的关系？

    • APIServer 是 ETCD 的“门卫”，所有组件必须通过 APIServer 访问 ETCD。

  • Q：Controller Manager 和 Kubelet 的分工？

    • Controller Manager 确保集群级状态（如副本数），Kubelet 确保节点级状态（如容器运行）。

  • Q：为什么需要 Kube-Proxy？

    • Service 的虚拟 IP 需要被转换为实际 Pod IP，由 Kube-Proxy 维护 iptables/IPVS 规则, 使得pod之间得以通讯。