Kubernetes组件

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。

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

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。

# 查看API Server端点
kubectl cluster-info

输出示例：

Kubernetes control plane is running at https://192.168.49.2:8443

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

# 查看节点kubelet状态
systemctl status kubelet

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：

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

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：

# 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

数学基础

调度器使用的评分公式示例： $score=\alpha \times \left(\frac{availableCPU}{requestedCPU}\right)+\beta \times \left(\frac{availableMemory}{requestedMemory}\right)$ 其中$\alpha$和$\beta$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。