Kubernetes 组件

Kubernetes 主要由以下几个核心组件组成：

  • etcd：保存了整个集群的状态；
  • apiserver：提供了资源操作的唯一入口，并提供认证、授权、访问控制、API 注册和发现等机制；
  • controller manager：负责维护集群的状态，比如故障检测、自动扩展、滚动更新等；
  • scheduler：负责资源的调度，按照预定的调度策略将 Pod 调度到相应的机器上；
  • kubelet：负责维护容器的生命周期，同时也负责 Volume（CVI）和网络（CNI）的管理；
  • Container runtime：负责镜像管理以及 Pod 和容器的真正运行（CRI）；
  • kube-proxy：负责为 Service 提供 cluster 内部的服务发现和负载均衡

Kubernetes 组件

除了核心组件，还有一些推荐的 Add-ons：

  • kube-dns：负责为整个集群提供 DNS 服务
  • Ingress Controller：为服务提供外网入口
  • Heapster：提供资源监控
  • Dashboard：提供 GUI
  • Federation：提供跨可用区的集群
  • Fluentd-elasticsearch：提供集群日志采集、存储与查询

 

1. Etcd

Etcd 是 CoreOS 基于 Raft 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）。

Etcd 主要功能：

  • 基本的 key-value 存储
  • 监听机制
  • key 的过期及续约机制，用于监控和服务发现
  • 原子 CAS 和 CAD，用于分布式锁和 leader 选举

 

2. kube-apiserver

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）

 

3. kube-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

 

4. cloud-controller-manager

在 Kubernetes 启用 Cloud Provider 的时候才需要，用来配合云服务提供商的控制，也包括一系列的控制器，如：

  • Node Controller
  • Route Controller
  • Service Controller

 

5. 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

 

6. Kubelet

每个节点上都运行一个 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 上注册节点自身信息，定期向 master 节点汇报节点的资源使用情况，并通过 cAdvisor 监控节点和容器的资源。

 

7. Container runtime

容器运行时（Container Runtime）是 Kubernetes 最重要的组件之一，负责真正管理镜像和容器的生命周期。Kubelet 通过 Container Runtime Interface (CRI) 与容器运行时交互，以管理镜像和容器。

 

8. 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。

kube-proxy 当前支持一下几种实现：

  • userspace：最早的负载均衡方案，它在用户空间监听一个端口，所有服务通过 iptables 转发到这个端口，然后在其内部负载均衡到实际的 Pod。该方式最主要的问题是效率低，有明显的性能瓶颈。
  • iptables：目前推荐的方案，完全以 iptables 规则的方式来实现 service 负载均衡。该方式最主要的问题是在服务多的时候产生太多的 iptables 规则，非增量式更新会引入一定的时延，大规模情况下有明显的性能问题
  • ipvs：为解决 iptables 模式的性能问题，v1.8 新增了 ipvs 模式，采用增量式更新，并可以保证 service 更新期间连接保持不断开
  • winuserspace：同 userspace，但仅工作在 windows 上。

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