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Kubernetes 架构

里奥
2024-05-01 / 0 评论 / 1 点赞 / 71 阅读 / 5100 字

视频观看地址: https://open.douyin.com/player/video?vid=7364265076712312127&autoplay=0

概述

Kubernetes 这个名字源于希腊语,意为“舵手”或“飞行员”。K8s 这个缩写是因为 K 和 s 之间有 8 个字符的关系。K8s 是一个用于大规模运行分布式应用和服务的开源容器 编排平台

K8s 集群是什么?

Kubernetes 集群是一组用于运行容器化应用的节点计算机。如果您正在运行 Kubernetes,那么您运行的其实就是集群。

集群至少包含一个控制平面,以及一个或多个计算机器或节点。控制平面负责维护集群的预期状态,例如运行哪个应用以及使用哪个容器镜像。节点则负责应用和工作负载的实际运行。

Kubernetes 架构

下图为官方的Kubernetes 架构示意图 01-kubernetes-cluster-architecture.svg

下图为稍微详细一点的架构示意图 02-kubernetes-high-level-component-archtecture.jpg

控制平面(CONTROL PLANE)

Kubernetes 集群的神经中枢(即控制平面)用于控制集群的 Kubernetes 组件以及一些有关集群状态和配置的数据。这些核心 Kubernetes 组件负责处理重要的工作,以确保容器以足够的数量和所需的资源运行。

Kubernetes 采用了现今流行的“控制面 / 数据面”(Control Plane / Data Plane)架构,集群里的计算机被称为“节点”(Node),可以是实机也可以是虚机,少量的节点用作控制面来执行集群的管理维护工作,其他的大部分节点都被划归数据面,用来跑业务应用。

  • 控制面的节点在 Kubernetes 里叫做 Master Node,一般简称为 Master,它是整个集群里最重要的部分,可以说是Kubernetes 的大脑和心脏。
  • 数据面的节点叫做 Worker Node,一般就简称为 Worker 或者 Node,相当于 Kubernetes 的手和脚,在 Master 的指挥下干活

Master 里有 4 个组件,分别是 apiserver、etcd、scheduler、controller-manager。

  • apiserver 是 Master 节点——同时也是整个 Kubernetes 系统的唯一入口,它对外公开了一系列的 RESTful API,并且加上了验证、授权等功能,所有其他组件都只能和它直接通信,可以说是 Kubernetes 里的联络员。负责集群中所有组件通信,访问它必须经过授权于认证。
  • etcd 是一个高可用的分布式 Key-Value 数据库,用来持久化存储系统里的各种资源对象和状态,相当于 Kubernetes 里的配置管理员。注意它只与 apiserver 有直接联系,也就是说任何其他组件想要读写 etcd 里的数据都必须经过 apiserver。
  • scheduler 负责容器的编排工作,检查节点的资源状态,把 Pod 调度到最适合的节点上运行,相当于部署人员。因为节点状态和 Pod 信息都存储在 etcd 里,所以 scheduler 必须通过 apiserver 才能获得。
  • controller-manager 负责维护容器和节点等资源的状态,实现故障检测、服务迁移、应用伸缩等功能,相当于监控运维人员。同样地,它也必须通过 apiserver 获得存储在 etcd 里的信息,才能够实现对资源的各种操作。

工作节点(Worker node)

Kubernetes 通过将容器放入在节点(Node)上运行的 Pod 中来执行你的工作负载。 节点可以是一个虚拟机或者物理机器,取决于所在的集群配置。 每个节点包含运行 Pod 所需的服务; 这些节点由控制面负责管理。

通常集群中会有若干个节点;而在一个学习所用或者资源受限的环境中,你的集群中也可能只有一个节点。

节点上的组件包括 kubelet、 容器运行时(container-runtime)以及 kube-proxy。

  • kubelet 是 Node 的代理,负责管理 Node 相关的绝大部分操作,Node 上只有它能够与 apiserver 通信,实现状态报告、命令下发、启停容器等功能,相当于是 Node 上的一个“小管家”。工作节点的核心部分。新工作节点加入节点后,Kubelet 会被部署到新节点,然后 Kubelet 将当前节点注册到集群中。它还有一个职责,监听 API Server 分配的任务,监听到就执行该任务,并维护一个与控制平面的通信频道。
  • kube-proxy 的作用有点特别,它是 Node 的网络代理,只负责管理容器的网络通信,简单来说就是为 Pod 转发 TCP/UDP 数据包,相当于是专职的“小邮差”。
  • container-runtime 是容器和镜像的实际使用者,在 kubelet 的指挥下创建容器,管理 Pod 的生命周期,是真正干活的“苦力”。工作节点需要通过它来获取、启动、停止执行任务依赖的容器,它负责容器管理与运行逻辑。

因为 Kubernetes 的定位是容器编排平台,所以它没有限定 container-runtime 必须是 Docker,完全可以替换成任何符合标准的其他容器运行时,例如 containerd、CRI-O 等等

这 3 个组件中只有 kube-proxy 被容器化了,而 kubelet 因为必须要管理整个节点,容器化会限制它的能力,所以它必须在 container-runtime 之外运行。

容器运行时接口(CRI)

  • CRI 是一个插件接口,它使 kubelet 能够使用各种容器运行时,无需重新编译集群组件。
  • 你需要在集群中的每个节点上都有一个可以正常工作的容器运行时, 这样 kubelet 能启动 Pod 及其容器。
  • 容器运行时接口(CRI)是 kubelet 和容器运行时之间通信的主要协议。
  • Kubernetes 容器运行时接口(Container Runtime Interface;CRI)定义了主要 gRPC 协议, 用于节点组件 kubelet 和容器运行时之间的通信。

Kubernetes 的大致工作流程

  • 每个 Node 上的 kubelet 会定期向 apiserver 上报节点状态,apiserver 再存到 etcd 里。
  • 每个 Node 上的 kube-proxy 实现了 TCP/UDP 反向代理,让容器对外提供稳定的服务。
  • scheduler 通过 apiserver 得到当前的节点状态,调度 Pod,然后 apiserver 下发命令给某个 Node 的 kubelet,kubelet 调用 container-runtime 启动容器。
  • controller-manager 也通过 apiserver 得到实时的节点状态,监控可能的异常情况,再使用相应的手段去调节恢复。

要点总结

  1. 集群里的计算机被称为“节点”(Node),可以是实机也可以是虚机
  2. Master节点用作控制面来执行集群的管理维护工作,Worker 或者 Node用来跑业务应用
  3. Master 里有 4 个组件,分别是 apiserveretcdschedulercontroller-manager。这 4 个组件也都被容器化了
  4. Node 里有 3 个组件,分别是 kubeletkube-proxycontainer-runtime。这 3 个组件中只有 kube-proxy 被容器化了
  5. kubelet 和容器运行时之间通过容器运行时接口(CRI)通信。
  6. container-runtime 可以是任何符合标准的容器运行时,例如 containerdCRI-ODocker 等等

参考文档

1. Kubernetes 官方文档
2. jimmysong.io 博客
3. redhat 网站
4. csdn 博客
5. medium.com

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