每天5分钟玩转Kubernetes | Kubernetes架构

书籍来源:cloudman《每天5分钟玩转Kubernetes》

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Kubernetes Cluster由Master和Node组成,节点上运行着若干Kubernetes服务。

4.1 Master节点

Master是Kubernetes Cluster的大脑,运行着的Daemon服务包括kube-apiserver、kube-scheduler、kube-controller-manager、etcd和Pod网络(例如flannel)

每天5分钟玩转Kubernetes | Kubernetes架构_第1张图片

 

  1. API Server(kube-apiserver)

API Server提供HTTP/HTTPS RESTful API,即Kubernetes API。API Server是Kubernetes Cluster的前端接口,各种客户端工具(CLI或 UI)以及Kubernetes其他组件可以通过它管理Cluster的各种资源。

  1. Scheduler(kube-scheduler)

Scheduler负责决定将Pod放在哪个Node上运行。Scheduler在调度时会充分考虑Cluster的拓扑结构,当前各个节点的负载,以及应用对高可用、性能、数据亲和性的需求。

  1. Controller Manager(kube-controller-manager)

Controller Manager负责管理Cluster各种资源,保证资源处于预期的状态。Controller Manager由多种controller组成,包括replication controller、endpoints controller、namespace controller、serviceaccounts controller等。

不同的controller管理不同的资源。例如,replication controller管理Deployment、StatefulSet、DaemonSet的生命周期,namespace controller管理Namespace资源。

  1. etcd

etcd负责保存Kubernetes Cluster的配置信息和各种资源的状态信息。当数据发生变化时,etcd会快速地通知Kubernetes相关组件。

  1. Pod网络

Pod要能够相互通信,Kubernetes Cluster必须部署Pod网络,flannel是其中一个可选方案。

以上是Master上运行的组件,下面我们接着讨论Node。

4.2 Node节点

Node是Pod运行的地方,Kubernetes支持Docker、rkt等容器Runtime。Node上运行的Kubernetes组件有kubelet、kube-proxy和Pod网络(例如flannel),

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  1. kubelet

kubelet是Node的agent,当Scheduler确定在某个Node上运行Pod后,会将Pod的具体配置信息(image、volume等)发送给该节点的kubelet,kubelet根据这些信息创建和运行容器,并向Master报告运行状态。

  1. kube-proxy

service在逻辑上代表了后端的多个Pod,外界通过service访问Pod。service接收到的请求是如何转发到Pod的呢?这就是kube-proxy要完成的工作。

每个Node都会运行kube-proxy服务,它负责将访问service的TCP/UPD数据流转发到后端的容器。如果有多个副本,kube-proxy会实现负载均衡。

  1. Pod网络

Pod要能够相互通信,Kubernetes Cluster必须部署Pod网络,flannel是其中一个可选方案。

4.3 完整的架构图

结合实验环境,我们得到了如下的架构图。

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你可能会问:为什么k8s-master上也有kubelet和kube-proxy呢?

这是因为Master上也可以运行应用,即Master同时也是一个Node。

几乎所有的Kubernetes组件本身也运行在Pod里,执行如下命令,结果如图所示。

kubectl get pod --all-namespaces -o wide

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Kubernetes的系统组件都被放到kube-system namespace中。这里有一个kube-dns组件(上图中为coredns),它为Cluster提供DNS服务,我们后面会讨论到。kube-dns是在执行kubeadm init时(第5步)作为附加组件安装 的。

kubelet是唯一没有以容器形式运行的Kubernetes组件,它在CentOS中通过Systemd服务运行,如图所示。

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4.4 用例子把它们串起来

为了帮助大家更好地理解Kubernetes架构,我们部署一个应用来演示各个组件之间是如何协作的。

执行下列命令,结果如图所示。

[root@k8s-master ~]# vi deployment-nginx.yaml
apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
  name: dev
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx
  namespace: dev
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      run: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        run: nginx
    spec:
      containers:
      - image: nginx:1.17.1
        name: nginx
        ports:
        - containerPort: 80
          protocol: TCP
kubectl apply -f deployment-nginx.yaml 

等待一段时间,应用部署完成,如图所示。

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Kubernetes部署了deployment,有3个副本Pod,分别运 行在k8s-node1和k8s-node2。

详细讨论整个部署过程,如图所示。

每天5分钟玩转Kubernetes | Kubernetes架构_第7张图片

 

① kubectl发送部署请求到API Server。

② API Server通知Controller Manager创建一个deployment资源。

③ Scheduler执行调度任务,将3个副本Pod分发到k8s-node1和 k8s-node2。

④ k8s-node1和k8s-node2上的kubectl在各自的节点上创建并运行 Pod。

补充两点:

(1)应用的配置和当前状态信息保存在etcd中,执行kubectl get pod时API Server会从etcd中读取这些数据。

(2)flannel会为每个Pod都分配IP。因为没有创建service,所以目前kube-proxy还没参与进来。

4.5 小结

本章我们学习了Kubernetes的架构,讨论了Master和Node是哪个运行的组件和服务,并通过一个部署案例加深了对架构的理解。

 

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