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= Kubernetes组件 =

Kubernetes（简称K8s）是一个开源的容器编排平台，其核心功能由多个相互协作的组件实现。本页面将详细介绍Kubernetes的核心架构组件及其交互方式。

== 概述 ==
Kubernetes采用'''主从架构'''（Master-Worker），包含控制平面（Control Plane）组件和工作节点（Node）组件。所有组件通过API Server进行通信，使用etcd作为集群状态存储。

<mermaid>
graph LR
    A[Control Plane] --> B[API Server]
    A --> C[Scheduler]
    A --> D[Controller Manager]
    A --> E[etcd]
    F[Node] --> G[kubelet]
    F --> H[kube-proxy]
    F --> I[Container Runtime]
    B <--> G
    B <--> H
</mermaid>

== 控制平面组件 ==

=== API Server ===
'''核心通信枢纽'''，提供RESTful Kubernetes API，是所有集群操作的唯一入口。

<syntaxhighlight lang="bash">
# 查看API Server端点
kubectl cluster-info
</syntaxhighlight>

输出示例：
<pre>
Kubernetes control plane is running at https://192.168.49.2:8443
</pre>

=== Scheduler ===
负责将新创建的Pod分配到合适的节点，决策基于：
* 资源请求/限制
* 亲和性/反亲和性规则
* 数据局部性
* 节点状态

=== Controller Manager ===
运行各种控制器进程的守护进程，包括：
* '''Node Controller'''：监控节点状态
* '''Replication Controller'''：维护Pod副本数
* '''Endpoint Controller'''：维护Service与Pod的映射

=== etcd ===
分布式键值存储，保存整个集群的状态数据。采用Raft一致性算法保证数据一致性。

== 节点组件 ==

=== kubelet ===
运行在每个工作节点上的"节点代理"，负责：
* 管理Pod生命周期
* 挂载存储卷
* 执行健康检查

<syntaxhighlight lang="bash">
# 查看节点kubelet状态
systemctl status kubelet
</syntaxhighlight>

=== kube-proxy ===
实现Kubernetes Service抽象，通过以下方式维护网络规则：
* '''iptables'''（默认模式）
* '''IPVS'''（高性能模式）
* '''userspace'''（旧模式）

=== 容器运行时 ===
实际运行容器的软件，如：
* containerd
* CRI-O
* Docker（已废弃）

== 插件组件 ==

=== CNI插件 ===
实现Pod网络，常见选择：
* Calico
* Flannel
* Weave Net

=== CSI插件 ===
提供持久化存储支持，如：
* AWS EBS
* Azure Disk
* Ceph RBD

== 组件交互示例 ==
当用户创建Deployment时：

<mermaid>
sequenceDiagram
    participant User
    participant API_Server
    participant etcd
    participant Scheduler
    participant kubelet
    
    User->>API_Server: kubectl create deployment
    API_Server->>etcd: 存储Deployment配置
    API_Server->>Controller_Manager: 触发ReplicaSet创建
    Controller_Manager->>API_Server: 创建Pod定义
    API_Server->>etcd: 存储Pod定义
    Scheduler->>API_Server: 监听未调度Pod
    Scheduler->>API_Server: 绑定Pod到节点
    kubelet->>API_Server: 获取分配的Pod
    kubelet->>Container_Runtime: 启动容器
</mermaid>

== 实际案例 ==
'''电商应用部署场景'''：
1. API Server接收Deployment创建请求
2. Scheduler将前端Pod分配到高CPU节点
3. kube-proxy为支付服务创建Service VIP
4. kubelet确保库存服务Pod始终保持运行

== 故障排查提示 ==
常见组件问题诊断命令：
<syntaxhighlight lang="bash">
# 检查控制平面组件状态
kubectl get componentstatuses

# 查看节点详细信息
kubectl describe node <node-name>

# 检查kubelet日志
journalctl -u kubelet -f
</syntaxhighlight>

== 数学基础 ==
调度器使用的评分公式示例：
<math>
score = \alpha \times \left(\frac{availableCPU}{requestedCPU}\right) + \beta \times \left(\frac{availableMemory}{requestedMemory}\right)
</math>
其中<math>\alpha</math>和<math>\beta</math>为权重系数。

== 版本变化 ==
* v1.20+：默认容器运行时接口(CRI)改为containerd
* v1.26+：移除Docker支持
* v1.29+：引入结构化配置管理

本内容最后更新于2023年11月，适用于Kubernetes v1.28+版本。

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[[Category:Kubernetes]]
[[Category:Kubernetes基础]]