Kubernetes 架构
集群结构
Kubernetes 集群（Cluster） 由两大核心部分组成：
- 控制平面（Control Plane）
- 工作节点（Node）
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🧠 控制平面（Control Plane）
职责：管理整个集群的状态与调度决策
负责内容
- 管理所有节点（Node）
- 管理所有 Pod
- 调度 Pod 到合适的节点
- 维护集群的期望状态（Desired State）
生产环境特点
- 通常部署在多台机器上
- 实现高可用（High Availability）
- 提升容错能力（Fault Tolerance）
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⚙️ 工作节点（Node）
职责：运行实际的应用负载
每个节点负责
- 运行 Pod（最小部署单元）
- 提供容器运行环境（如 container runtime）
关键特点
- 每个集群至少需要一个 Node
- 通常会有多个 Node 用于：
- 分担负载
- 提高可靠性
- 支持扩展（Scalability）
控制平面组件
控制平面组件负责对整个 Kubernetes 集群做出全局决策，并维护集群状态。
包括：
- 资源调度（Scheduling）
- 状态维护（Desired State）
- 事件响应（Event Handling）
🧩 部署特点
- 控制平面组件可以运行在任意节点
- 实际部署中通常：
- 集中部署在一台机器（学习/测试）
- 多节点部署（生产环境） → 高可用（HA）
- 控制平面节点通常：
- 不运行用户应用容器
kube-apiserver
作用：整个集群的“入口”， 所有请求都必须经过 API Server
- 提供 Kubernetes API
- 所有操作都通过它进行（kubectl / Controller / Scheduler）
- 核心特点：
- 是控制平面的 前端
- 负责处理所有 REST 请求
- 支持 水平扩展（Horizontal Scaling）
- 可运行多个实例
- 通过负载均衡分发流量
etcd
作用：集群的“数据库”， 存储所有集群状态数据（Pods、Nodes、Config 等）
- 一个分布式、高可用、键值存储（Key-Value Store）
- 必须定期备份
- 数据丢失 = 集群状态丢失
kube-scheduler
作用：决定 Pod 应该运行在哪个 Node 上
负责：
- 监听新创建的 Pod（尚未分配 Node）
- 选择最合适的 Node
调度考虑因素：
- 资源需求（CPU / Memory）
- 节点约束（硬件/策略）
- 亲和性 / 反亲和性
- 数据位置
- 工作负载干扰
- 截止时间（Deadline）
kube-controller-manager
作用：维护集群状态的“执行者”， 运行多个 控制器（Controller）， 每个控制器负责一种资源的状态维护。
设计特点：
- 多个控制器逻辑独立
- 但运行在同一个进程中（简化架构）
常见的 kube-controller-manager 控制器
| 控制器 | 作用 |
|---|---|
| Node Controller | 负责在节点出现故障时进行通知和响应 |
| Job Controller | 监测代表一次性任务的 Job 对象，然后创建 Pod 来运行这些任务直至完成 |
| EndpointSlice Controller | 填充 EndpointSlice 对象（以提供 Service 和 Pod 之间的链接） |
| ServiceAccount Controller | 为新的命名空间创建默认的 ServiceAccount |
cloud-controller-manager
作用：对接云平台（如 AWS / GCP / Azure），将 Kubernetes 核心控制逻辑 与 云平台的实现细节（如节点/网络/负载均衡等）解耦。
设计特点：
- 仅在需要云平台集成的环境运行，本地或学习环境通常不包含该组件。
- 将所有与云基础设施相关的控制器独立出来运行。
- 支持水平扩展，可多实例部署以提高容错能力。
常见的 cloud-controller-manager 控制器
| 控制器 | 作用 |
|---|---|
| Node Controller | 用于在节点终止响应后检查云平台以确定节点是否已被删除 |
| Route Controller | 用于在底层云基础架构中设置路由 |
| Service Controller | 用于创建、更新和删除云平台上的负载均衡器 |
节点组件
节点组件 运行在每一个 Node 上，负责：
- 运行与维护 Pod
- 提供容器运行环境
- 支撑 Kubernetes 的实际执行层
kubelet
作用：Node 上的“管家”
- 每个节点都会运行一个 kubelet 实例
- 保障节点上 Pod 的生命周期管理
主要职责：
- 使 Pod 按照定义（PodSpec）运行
- 持续监控并确保容器运行且健康
工作流程：
- 从 API Server 获取 PodSpec
- 调用容器运行时（如 Docker、containerd）启动和管理容器
- 实时汇报 Pod 状态，自动重启异常容器
注意事项：
- kubelet 只管理由 Kubernetes 创建的容器
- ❌ 不负责管理节点上非 Kubernetes 管理的容器
kube-proxy
作用： 为 Service 提供网络代理，实现集群网络通信。
主要职责：
- 在每个 Node 上运行
- 维护和管理网络转发规则（如 iptables 或 ipvs）
- 实现 Service 流量到后端 Pod 的转发
核心功能：
- 支持 Pod 之间的通信（Pod ↔ Pod）
- 提供外部访问集群内服务的能力（External -> Service -> Pod）
实现原理：
- 借助操作系统的数据包过滤机制（iptables 或 ipvs）实现网络规则管理
- 有时也可直接进行流量代理或转发
Container Runtime
作用：真正“运行容器”的组件， 常见的有 Docker、containerd、cri-o 等。
主要职责：
- 启动容器
- 停止容器
- 管理容器生命周期