02-Kubernetes 组件

官网文档:https://kubernetes.io/zh/docs/concepts/overview/components/

一个Kubernetes 集群由一组被称作节点(node)的机器组成。这些节点(node)上运行 Kubernetes 所管理的容器化应用。集群具有至少一个工作节点

  • 工作节点托管作为应用负载的组件 Pod ,即运行K8S所管理的容器化应用。

  • 控制平面(俗称Master)管理集群中的工作节点Pod。 生产环境中为了给K8S集群提供故障转移和高可用性,通常会有多个Master运行。

这张图表展示了包含所有相互关联组件的 Kubernetes 集群。

  • kube-apiserver、etcd 存储、kube-controller-manager、cloud-controller-manager、kube-scheduler 这些组件的集合称为控制平面(俗称Master)。

  • 在Node上组件包括 kubelet 、kube-porxy 以及服务于pod的容器运行时(runtime)。

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1、控制平面组件(Control Plane Components)

控制平面的组件对集群做出全局决策(比如调度),以及检测和响应集群事件(例如,当不满足部署的 replicas 字段时,启动新的 pod)。

控制平面组件可以在集群中的任何节点上运行。 然而,为了简单起见,设置脚本通常会在同一个计算机上启动所有控制平面组件, 并且不会在此计算机上运行用户容器。

kube-apiserver

API 服务器是 Kubernetes 控制平面的组件, 该组件公开了 Kubernetes API。 API 服务器是 Kubernetes 控制平面的前端。

API服务器为K8s集群资源操作提供唯一入口,并提供认证、授权、访问控制、API 注册和发现机制。

Kubernetes API 服务器的主要实现是 kube-apiserver。 kube-apiserver 设计上考虑了水平伸缩,也就是说,它可通过部署多个实例进行伸缩。 你可以运行 kube-apiserver 的多个实例,并在这些实例之间平衡流量。

etcd

etcd 是兼具一致性和高可用性的键值数据库,可以作为保存 Kubernetes 所有集群数据的后台数据库(例如 Pod 的数量、状态、命名空间等)。

在生产级k8s中etcd通常会以集群的方式存在保证高可用性。从安全考虑,它只能从 API 服务器访问。

要了解 etcd 更深层次的信息,请参考 etcd 文档。

kube-scheduler

kube-scheduler,控制平面组件,负责监视新创建的、未指定运行节点(node)的 Pods,决策出一个节点让 Pod 在上面运行。

例如,如果应用程序需要 1GB 内存和 2 个 CPU 内核,那么该应用程序的 pod 将被安排在至少具有这些资源的节点上。每次需要调度 pod 时,调度程序都会运行。调度程序必须知道可用的总资源以及分配给每个节点上现有工作负载的资源。

调度决策考虑的因素包括:

  • 单个 Pod 和 Pod 集合的资源需求

  • 硬件/软件/策略约束

  • 亲和性和反亲和性规范

  • 数据位置

  • 工作负载间的干扰和最后时限。

kube-controller-manager

k8s在后台运行许多不同的控制器进程,当服务配置发生更改时(例如,替换运行 pod 的镜像,或更改配置 yaml 文件中的参数),控制器会发现更改并开始朝着新的期望状态工作。

kube-controller-manager,即运行控制器进程的控制平面组件。

从逻辑上讲,每个控制器都是一个单独的进程, 但是为了降低复杂性,它们都被编译到同一个可执行文件,并在一个进程中运行。

这些控制器包括:

  • 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

  • 端点控制器(Endpoints Controller): 填充端点(Endpoints)对象(即加入 Service 与 Pod)

  • 服务帐户和令牌控制器(Service Account & Token Controllers): 为新的命名空间创建默认帐户和 API 访问令牌

cloud-controller-manager

云控制器管理器是指嵌入特定云的控制逻辑的控制平面组件。 云控制器管理器使得你可以将你的集群连接到云提供商的 API 之上, 并将与该云平台交互的组件同与你的集群交互的组件分离开来。

[cloud-controller-manager]仅运行特定于云平台的控制回路。 如果你在自己的环境中运行 Kubernetes,或者在本地计算机中运行学习环境, 所部署的环境中不需要云控制器管理器。

kube-controller-manager 类似,cloud-controller-manager 将若干逻辑上独立的 控制回路组合到同一个可执行文件中,供你以同一进程的方式运行。 你可以对其执行水平扩容(运行不止一个副本)以提升性能或者增强容错能力。

下面的控制器都包含对云平台驱动的依赖:

  • 节点控制器(Node Controller): 用于在节点终止响应后检查云提供商以确定节点是否已被删除

  • 路由控制器(Route Controller): 用于在底层云基础架构中设置路由

  • 服务控制器(Service Controller): 用于创建、更新和删除云提供商负载均衡器

2、Node组件

节点组件在每个节点上运行,维护运行的 Pod 并提供 Kubernetes 运行环境。

kubelet

一个在集群中每个节点(node)上运行的代理。 它保证容器(containers)都 运行在 Pod 中。

kubelet 接收一组通过各类机制提供给它的 PodSpecs,确保这些 PodSpecs 中描述的容器处于运行状态且健康。 kubelet 不会管理不是由 Kubernetes 创建的容器。

kube-proxy

kube-proxy 是集群中每个节点上运行的网络代理, 实现 Kubernetes 服务(Service) 概念的一部分。用于处理单个主机子网划分并向外部世界公开服务。它跨集群中的各种隔离网络将请求转发到正确的 pod/容器。

kube-proxy 维护节点上的网络规则。这些网络规则允许从集群内部或外部的网络会话与 Pod 进行网络通信。

如果操作系统提供了数据包过滤层并可用的话,kube-proxy 会通过它来实现网络规则。否则, kube-proxy 仅转发流量本身。

容器运行时(Container Runtime)

容器运行环境是负责运行容器的软件。

Kubernetes 支持多个容器运行环境: Docker、 containerd、CRI-O 以及任何实现 Kubernetes CRI (容器运行环境接口)。

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