Kubernetes集群架构与组件介绍

个人博客

一、集群架构

二、主要组件

1.kubelet

该组件运行在每个Kubernetes节点上，用于管理节点。用来接收、处理、上报kube-apiserver组件下发的任务。

主要负责所在节点上的Pod资源对象的管理，例如Pod资源对象的创建、修改、监控、删除、驱逐及Pod生命周期管理等。 kubelet组件会定期监控所在节点的资源使用状态并上报给kube-apiserver组件，这些资源数据可以帮助kube-scheduler调度器为Pod资源对象预选节点。kubelet也会对所在节点的镜像和容器做清理工作，保证节点上的镜像不会占满磁盘空间、删除的容器释放相关资源。 kubelet组件实现了3种开放接口：

• Container Runtime Interface：简称CRI（容器运行时接口）提供容器运行时通用插件接口服务。CRI定义了容器和镜像服务的接口。CRI将kubelet组件与容器运行时进行解耦，将原来完全面向Pod级别的内部接口拆分成面向Sandbox和Container的gRPC接口，并将镜像管理和容器管理分离给不同的服务。
• Container Network Interface：简称CNI（容器网络接口），提供网络通用插件接口服务。CNI定义了Kubernetes网络插件的基础，容器创建时通过CNI插件配置网络。
• Container Storage Interface：简称CSI（容器存储接口），提供存储通用插件接口服务。CSI定义了容器存储卷标准规范，容器创建时通过CSI插件配置存储卷。

2.client-go

client-go是从Kubernetes代码中抽离出来的包，作为官方提供的GO语言的客户端发挥作用。client-go简单、易用，Kubernetes系统的其他组件与Kubernetes API Server通信的方式也是基于client-go实现。

3.kube-apiserver

在 Kubernetes 中，API 服务器是 Kubernetes 控制平面的组件， 该组件公开了 Kubernetes API，API Server 是整个系统的核心组件之一，它是 Kubernetes API 的前端。API Server 接收 RESTful API 请求，并根据请求的内容执行相应的操作，比如创建、更新或删除资源对象。API Server 还负责对请求进行身份验证、授权和准入控制等安全相关的操作，以确保 Kubernetes 系统的安全性。

API Server 的另一个重要作用是提供了一个统一的入口，使得 Kubernetes 中的各个组件可以相互通信和协作。除了 Kubernetes 自身的组件，第三方开发的工具和应用程序也可以通过 API Server 访问 Kubernetes API，以实现对 Kubernetes 集群的管理和监控等操作。

总之，API Server 是 Kubernetes 系统中非常重要的组件之一，它为整个系统提供了一个统一的入口和管理接口，使得 Kubernetes 的各个组件可以相互协作，从而实现对 Kubernetes 集群的管理和监控等操作。

kube-apiserver组件也是集群中唯一与Etcd集群进行交互的核心组件。Kubernetes将所有的数据存储在Etcd集群中前缀为registry的目录下。 kube-apiserver的特性：

• 将Kubernetes系统中所有资源对象都封装成RESTful风格的API接口进行管理。
• 可进行集群状态管理和数据管理，是唯一与Etcd集群交互的组件。
• 拥有丰富的集群安 全访问机制，以及认证，授权及准入控制器。
• 提供了集群各组件的通信和交互功能。

4.kube-controller-manager

它负责管理Kubernetes集群中的节点（Node），Pod副本，服务，端点（Endpoint），命名空间（Namespace），服务账户（ServiceAcconut)，资源定额（ResourceQuota）等。

包括：

• 节点控制器（Node Controller）：负责在节点出现故障时进行通知和响应
• 任务控制器（Job Controller）：监测代表一次性任务的 Job 对象，然后创建 Pods 来运行这些任务直至完成
• 端点分片控制器（EndpointSlice controller）：填充端点分片（EndpointSlice）对象（以提供 Service 和 Pod 之间的链接）。
• 服务账号控制器（ServiceAccount controller）：为新的命名空间创建默认的服务账号（ServiceAccount）。

5.kube-scheduler

该组件是Kubernetes集群默认的调度器，它负责在Kubernetes集群中为一个Pod资源对象找到合适的节点并在该节点上运行。在调度的过程中每次只负责调度一个Pod资源对象。调度算法分为两种，分别为预选调度算法和优选调度算法。

6.kubectl

kubectl是Kubernetes官方提供的命令行工具CLI，用户可以通过命令行的方式与Kubernetes API Server进行操作，通信协议使用HTTP/JSON。

7.kube-proxy

该组件运行在Kubernetes集群中每个节点上，作为节点上的网络代理。它监控kube-apiserver的服务和端点资源变化，并通过iptables/ipvs等配置负载均衡器，为一组Pod提供统一的TCP/UDP流量转发和负载均衡功能。但是kube-proxy组件与其他负载均衡服务的区别在于kube-proxy代理只想Kubernetes服务及其后端Pod发出请求。

8.Add-ons

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

三、Kubernetes Project Layout 设计

源码目录	说明
cmd/	可执行文件的入口代码，每个可执行文件都会对应一个main函数
pkg/	主要实现，核心库代码，并且可被项目内部或外部直接引用，
vendor/	项目依赖的库代码，一般为第三方库代码
api/	OpenAPI/Swagger的spce文件，包括JSON、Protocol的定义等
build/	与构建相关的脚本
test/	测试工具及测试数据
docs/	设计或用户使用文档
hack/	构建、测试等相关代码
third_party	第三方工具、代码或者其他组件
plugin/	Kubernetes插件代码目录，例如认证、授权等相关插件
staging/	部分核心库的暂存目录
translations/	i18n（国际化）语言包的相关文件，可以在不修改内部代码的情况下支持不同语言及地区

四、源码分析

https://github.com/longpi1/Reading-notes/tree/main/kuberneters/%E6%BA%90%E7%A0%81%E5%88%86%E6%9E%90

参考链接

1.https://raw.githubusercontent.com/kubernetes

2.https://juejin.cn/post/6999610929105240094