Kubernetes 节点各组件概述

一、Master 节点概述

  • Kubernetes 集群由控制平面（Master 节点）和若干工作节点（Worker Node）组成。控制平面负责管理整个集群的全局状态和资源调度​。Master 节点相当于集群的大脑，中枢神经，运行着 API Server、etcd、Controller Manager、Scheduler 等组件，负责集群级别的调度、状态监控及自动化运维，确保实际状态与期望状态最终一致​。在生产环境中，Master 节点通常采用多副本部署以提高可用性（如多台 API Server 负载均衡、etcd 采用奇数节点集群等），并对自身进行污点（Taint）管理，默认不调度普通业务 Pod。

1.1：Master 核心组件功能：

  • kube-apiserver：集群的统一入口和通信枢纽，提供了RESTful API负责认证授权、资源校验等安全功能所有对资源对象的增删改查都通过 API Server 处理，并持久化到 etcd；只有 API Server 能直接访问 etcd，其他组件必须通过它间接读写数据。
  • etcd：高可用的分布式键值存储数据库，是集群状态的后台存储。所有 Kubernetes 对象（如 Pod、Service、ConfigMap 等）及其状态都保存在 etcd 中。etcd 通常以奇数节点集群方式部署，以保证数据一致性和容错能力​。
  • kube-scheduler：调度器组件，负责将新创建的、尚未绑定到节点的 Pod 分配到最合适的节点上​。调度器会综合考虑 Pod 资源需求、节点资源状况、亲和性/反亲和性、拓扑策略、污点容忍等因素，对符合条件的节点打分并选择得分最高的节点，然后通过 API Server 更新 Pod 的调度结果。
  • kube-controller-manager：控制器管理器，运行多个控制器（如 ReplicaSet、Deployment、DaemonSet、Node、Endpoint 等控制循环）。它通过观察 API Server 上的对象变化来驱动集群状态修正：当资源实际状态与期望状态不符时，控制器管理器会创建、删除或调整 Pod 等对象，实现故障自愈、弹性伸缩、节点管理等功能。Kubernetes 采用最终一致策略，即 - Controller Manager 不断循环比较实际/期望状态并持续纠正，保障集群稳定运行​。
  • Cloud-Controller-Manager：可选组件在云环境中使用。它包含特定云平台的控制器（如云负载均衡、路由、节点控制器等），使集群可以对接云厂商 API​。在纯本地或非云环境中可不部署。

1.2：组件间交互与数据流转

  • Kubernetes 采用典型的控制平面–数据平面架构，各组件之间不直接通信，而是通过 kube-apiserver 作为中介进行交互。所有配置请求和组件事件都会通过 API Server 传递并持久化到 etcd。当用户或系统需要创建或修改资源时（如创建 Pod、ReplicaSet 等），请求首先到达 API Server，由其进行合法性校验后写入 etcd。其他组件（如 Scheduler、Controller Manager、kubelet 等）则持续监视（watch）API Server 上相应资源的变化，并在需要时发起进一步操作。

例如，一个新 Pod 的创建流程如下：

  • 用户通过 kubectl 向 API Server 提交创建 ReplicaSet 或 Pod 的请求，API Server 将该资源写入 etcd 存储。

  • Controller Manager 监控到新创建的 ReplicaSet，发现集群状态与期望状态不一致后，通过 API Server 创建对应数量的 Pod 对象。

  • Scheduler 发现有待调度的 Pod 对象，运行调度算法选择合适的节点，并通过 API Server 更新该 Pod 的调度结果（Node 绑定信息）。

  • 当某个 Pod 被分配到指定节点后，API Server 会通知对应节点上的 kubelet​。Kubelet 进而拉取容器镜像并启动容器，同时将 Pod 运行状态上报回 Master。


    上图展示了 Kubernetes 控制平面与节点的高层架构示意：Master 节点上运行 kube-apiserver、etcd、controller-manager、scheduler 等组件，节点上运行 kubelet、kube-proxy 等组件​。所有组件通过 API Server 交换数据，形成完整的控制闭环。

1.3：Master节点与工作节点的关系

  • Master 节点只负责管理和控制，不运行实际业务容器；工作节点（Worker Node）提供计算资源，用于承载容器化应用。每个工作节点上都运行 kubelet 和 kube-proxy。kubelet 是节点上的核心代理（Agent），它主动向 API Server 注册自身节点并定期汇报资源和健康状况。当 Master 通过 Scheduler 将 Pod 分配到该节点后，kubelet 会接收通知、调用容器运行时创建和管理容器。kube-proxy 在节点上负责容器网络的代理和四层负载均衡功能，将访问 Pod 的流量转发到后端容器。Master 和 Node 之间所有通信都通过 API Server 完成，Master 发出的调度或指令最终通过 API Server 传递给 kubelet，由其在本地执行。

二、Node节点概述

2.1：node关键组件

  • kubelet：Node 上的核心代理进程，负责接收 API Server 下发的 Pod 指令，并在本地启动容器。监控 Pod 状态并将运行状态上报给 API Server。可以拉取镜像、挂载卷、执行探针等操作。
  • kube-proxy：实现 Kubernetes 的网络代理和负载均衡，基于 Service 的转发规则维护 iptables 或 IPVS 规则，将服务请求转发到对应 Pod 后端。
  • 容器运行时：实际运行容器的底层引擎，常见的包括 containerd、CRI-O（均支持 Kubernetes 的 CRI 接口），负责镜像拉取、容器创建、资源隔离等底层操作。

2.2：node各组件工作机制与交互流程

  1. kubelet 工作流程：
  • 启动时向 API Server 注册自己为 Node 资源对象。
  • 定期向 API Server 汇报节点状态（资源容量、运行状况、Pod 状态等）。
  • 监听 API Server 分配给本节点的 Pod，对应地拉取镜像并运行容器。
  • 执行健康探针（Liveness/Readiness）和生命周期钩子。
  • 通过 CRI 接口调用容器运行时完成容器管理。
  1. kube-proxy 工作流程：
  • 监听 API Server 上 Service 和 Endpoint 的变化。
  • 动态配置本地 iptables 或 IPVS 规则。
  • 实现 Kubernetes Service 的四层负载均衡（TCP/UDP），转发访问请求至后端 Pod。

  1. 容器运行时：
    接受 kubelet 通过 CRI 的调用，完成以下任务：

    • 镜像管理（拉取、缓存）
    • 容器创建与销毁
    • 网络与存储挂载
    • 日志收集

2.3：Node与Master的关系和通信流程

  • Node 上的 kubelet 会定期与 API Server 通信，获取最新的调度信息（如要创建哪些 Pod），并将当前节点的健康状态和 Pod 状态上报。
  • kube-proxy 监听 API Server 获取最新的 Service 和 Endpoint 信息，配置本地网络规则，确保服务访问连通。
  • Node 与 Master 的通信全部通过 kube-apiserver，使用 HTTPS 通道，默认是拉模型（pull）。

文本描述：

[Master: API Server] <---> [kubelet] --- 容器运行时
                        |
                        +---> [kube-proxy] --- iptables/IPVS 规则
posted @ 2025-04-25 09:50  duchaohui  阅读(151)  评论(0)    收藏  举报