kubernetes基础介绍——组件介绍

Kubernetes（通常简称为"k8s"）是一个用于自动部署、扩展和管理容器化应用程序的开源平台。它最初由Google设计，现在由Cloud Native Computing Foundation (CNCF)管理，是现代容器编排系统中最流行的一种。在这篇文章中，我将从开发者的角度，对Kubernetes进行深入分析，详细介绍Kubernetes的架构、组件、工作原理和常用的应用场景。

一、Kubernetes架构

Kubernetes的整体架构如下图所示：

Kubernetes集群由一组节点（node）组成，其中包含一个主节点（master）和多个工作节点（worker）。主节点负责管理集群的状态和配置，工作节点负责托管和运行应用程序的容器。

二、Kubernetes组件

Kubernetes包含多个组件，这些组件协同工作，实现了整个平台的自动化管理和高可用性。

• kube-apiserver
  kube-apiserver是Kubernetes API服务器，提供了集群的中央控制器，通过RESTful API接口处理客户端的请求，控制集群的状态。它使用etcd作为后端存储，将集群状态信息保存在etcd中。

• kube-controller-manager
  kube-controller-manager是Kubernetes的控制器管理器，包括多个控制器，用于监控和控制集群的状态。例如，Replication Controller控制器用于管理Pod的副本数，Service Controller控制器用于管理Service资源，等等。

• kube-scheduler
  kube-scheduler是Kubernetes的调度器，用于根据集群资源和策略，将Pod分配到工作节点上。

• kubelet
  kubelet是Kubernetes的主要组件之一，运行在每个工作节点上，负责管理Pod的生命周期。它与Docker等容器运行时进行交互，启动、停止、重启容器，确保Pod中的容器正常运行。

• kube-proxy
  kube-proxy是Kubernetes的网络代理，用于为Pod提供网络服务。它在每个工作节点上运行，通过网络转发将流量路由到正确的Pod上，以及实现Pod的负载均衡。

• etcd
  etcd是一个高可用的键值存储系统，用于存储Kubernetes的集群状态信息。所有Kubernetes组件都可以访问etcd，并将集群状态信息写入其中。etcd提供了强一致性和高可用性，确保Kubernetes集群的状态是准确和可靠的。
  工作负载节点上运行着一些容器，由 Pod 组成。Pod 是 Kubernetes 中最小的调度单元，它包含一个或多个容器，这些容器是一组共享网络空间、文件系统和系统名称空间的进程。

每个 Pod 都有一个唯一的 IP 地址，并由 Kubernetes 调度器分配给工作负载节点上的一个容器。Pod 通过一个控制器（ReplicaSet 或 Deployment）来管理。控制器确保每个 Pod 都按照所需的副本数运行，并在容器失败时重启它们。控制器还可以帮助升级和回滚应用程序。

Kubernetes 中的组件是如何协作的？

Kubernetes 中的组件是通过 API Server 进行通信的。用户可以通过 API Server 发送 REST API 请求，以管理集群状态。组件也可以通过 API Server 与其他组件通信，以便在集群中共享状态信息。

例如，当用户创建一个新的 Pod 时，它会向 API Server 发送一个 POST 请求，其中包含有关 Pod 的详细信息。Kubernetes 调度器将使用这些详细信息来决定在集群中的哪个节点上启动 Pod。

Kubernetes 中的其他组件还包括 kubelet、kube-proxy 和 DNS 服务。

• kubelet
  kubelet 运行在每个工作负载节点上，并负责管理该节点上的容器。kubelet 监视 API Server 上的 Pod 配置，并确保在该节点上正确地运行了 Pod。如果 Pod 停止工作，kubelet 将重新启动它。kubelet 还负责与 Docker 或其他容器运行时进行通信，以确保容器按照预期方式运行。

• kube-proxy
  kube-proxy负责在 Kubernetes 集群内部通过 iptables 或 IPVS 等工具，将 Service 对象转换成 Pod 对象的 IP 地址和端口号，以实现集群内部的负载均衡。简单来说，kube-proxy 的主要工作是将 Service 中定义的虚拟 IP 和端口映射到后端真实的 Pod IP 和端口。这样，Service 对象就可以被外部客户端访问，而客户端并不需要知道实际的 Pod IP 和端口。

• DNS 服务
  在 Kubernetes 集群中，每个容器都分配了唯一的 IP 地址，这使得容器之间的通信变得简单明了。但是，在许多情况下，容器需要访问外部服务或容器，例如数据库或消息队列，但这些服务的 IP 地址通常会发生变化，这就需要一种机制来解决容器的 DNS 命名。
  为了解决这个问题，Kubernetes 提供了一个内置的 DNS 服务，允许容器通过名称而不是 IP 地址访问其他服务。DNS 服务将每个服务和其关联的 IP 地址映射到一个唯一的 DNS 名称中，从而允许容器通过该名称访问服务。
  Kubernetes 的 DNS 服务实际上由两个部分组成：kube-dns 和 CoreDNS。在 Kubernetes 1.11 及更早版本中，kube-dns 是默认的 DNS 服务，而在 Kubernetes 1.12 及更高版本中，则默认使用 CoreDNS。
  kube-dns 是一个由三个容器组成的 Kubernetes 部署。这些容器分别是：
  kubedns：主 DNS 服务器，它监视 Kubernetes API 中的服务和终端点资源，并在 DNS 记录中为它们创建条目。
  dnsmasq：提供 DNS 缓存和转发服务。它将 DNS 请求路由到 kubedns 容器或外部 DNS 服务器，具体取决于请求的名称和类型。
  sidecar：帮助 kubedns 容器通过向本地 DNS 解析器查询其他 DNS 服务器来解析 DNS 记录。这些额外的查询可以提高 DNS 解析的可靠性和性能。
  相比之下，CoreDNS 更加灵活和可配置。它是一个独立的二进制文件，可以配置为处理多种 DNS 记录类型和后端，如 etcd、Consul 或 Kubernetes API。CoreDNS 还支持插件，可以扩展其功能并集成其他系统。例如，CoreDNS 的 forward 插件可以将请求转发到外部 DNS 服务器，以便解析非 Kubernetes 域名。
  在 Kubernetes 中，默认情况下，所有 Pod 都被分配了一个 DNS 名称，格式为 pod-ip-address.namespace.pod.cluster.local。例如，对于名为 my-pod 的 Pod，它的 DNS 名称将为 my-pod.default.pod.cluster.local，其中 default 是 Pod 所在的命名空间。
  Kubernetes 中还有许多其他与 DNS 相关的概念和设置，包括服务发现、服务网格和 Ingress 等。如果您想要深入了解 Kubernetes DNS 服务以及如何在 Kubernetes 中进行 DNS 配置，请参考官方文档。