k8s的主要构成及核心组件

---------------------------------------------------------------------------------

Kubernetes（简称 K8s）是一个开源的容器编排平台，用于自动化部署、扩展和管理容器化应用程序。它最初由 Google 开发，现在由 Cloud Native Computing Foundation（CNCF）维护。Kubernetes 的主要构成可以分为 控制平面（Control Plane）​ 和 工作节点（Worker Nodes / Data Plane）​ 两大部分，每个部分都包含多个核心组件，共同协作以管理容器化应用。

---

一、Kubernetes 的主要构成

1. 控制平面（Control Plane / Master Node）

控制平面是 Kubernetes 的“大脑”，负责整个集群的管理与决策，包括调度、维护集群状态、应用配置等。控制平面通常可以运行在 一个或多个节点上（高可用部署时），主要包括以下核心组件：

（1）kube-apiserver

• 作用：Kubernetes 的前端接口，所有的操作（如 kubectl 命令、其他组件通信）都通过它进行。
• 功能：
  • 提供 REST API，是集群的统一访问入口。
  • 验证并处理 REST 请求。
  • 与其他组件（如 controller-manager、scheduler）交互。

（2）etcd

• 作用：分布式键值存储数据库，用于保存整个集群的配置数据和状态信息。
• 功能：
  • 存储所有 Kubernetes 对象的状态（如 Pod、Service、Deployment 等）。
  • 是集群数据的唯一真实来源（Single Source of Truth）。
  • 必须高可用部署（通常以集群方式运行）。

（3）kube-scheduler

• 作用：负责将新创建的 Pod 调度到合适的 Node 上运行。
• 功能：
  • 根据资源需求、硬件/软件约束、亲和性等条件选择最佳节点。
  • 监听未调度的 Pod，并为其找到合适节点。

（4）kube-controller-manager

• 作用：运行各种控制器（Controller），确保集群的实际状态趋近于期望状态。
• 功能：
  • 包含多个内置控制器，如：
    • Node Controller（节点管理）
    • Replication Controller（副本管理）
    • Deployment Controller
    • Endpoint Controller
    • ServiceAccount & Token Controller 等
  • 持续监控集群状态，并做出相应调整以匹配声明式配置。

⚠️ 注意：在较新版本中，kube-controller-manager和 kube-scheduler可以以高可用模式运行，并支持 leader election。

---

2. 工作节点（Worker Node / Data Plane）

工作节点是实际运行用户容器（Pod）的地方。每个节点都运行必要的服务以支持容器运行。每个工作节点通常包括以下核心组件：

（1）kubelet

• 作用：运行在每个 Node 上的“代理”，负责与控制平面通信，并确保 Pod 中的容器正常运行。
• 功能：
  • 接收来自 kube-apiserver 的指令，启动/停止 Pod 中的容器。
  • 定期向 master 汇报节点和 Pod 的状态。
  • 管理 Pod 生命周期和容器运行时（如 containerd、Docker）。

（2）kube-proxy

• 作用：负责为 Service 提供网络代理和负载均衡功能，实现集群内服务发现和流量路由。
• 功能：
  • 维护节点上的网络规则（如 iptables 或 IPVS 规则）。
  • 实现 ClusterIP、NodePort、LoadBalancer 等 Service 类型的流量转发。
  • 支持 Kubernetes 服务网络模型的基础。

（3）容器运行时（Container Runtime）

• 作用：负责真正运行容器（如 Docker、containerd、CRI-O 等）。
• 功能：
  • 拉取镜像、创建和运行容器。
  • Kubernetes 通过 CRI（Container Runtime Interface）​ 与不同的容器运行时交互。
  • 常见运行时：containerd（推荐）、Docker（逐渐淘汰直接集成）、CRI-O 等。

---

二、Kubernetes 核心组件总结表

组件	所属部分	主要功能
kube-apiserver	控制平面	提供 API 接口，集群统一访问入口
etcd	控制平面	分布式键值存储，保存集群所有配置和状态数据
kube-scheduler	控制平面	负责将 Pod 调度到合适的 Node
kube-controller-manager	控制平面	运行多个控制器，保证集群状态符合期望
kubelet	工作节点	与 master 通信，管理本节点上的 Pod 和容器
kube-proxy	工作节点	提供 Service 网络代理和负载均衡
容器运行时（如 containerd）	工作节点	实际运行容器的软件

---

三、附加组件（非必须但常用）

除了上述核心组件外，Kubernetes 生态中还有许多常用附加组件，例如：

• CNI 插件（如 Calico、Flannel、Cilium）：提供 Pod 之间的网络互联。
• Ingress Controller（如 Nginx Ingress、Traefik）：管理外部访问集群服务的路由。
• CSI（Container Storage Interface）插件：为集群提供持久化存储支持。
• Dashboard：Kubernetes 的 Web UI 管理界面。
• Metrics Server：提供资源使用情况的监控指标。
• Prometheus + Grafana：监控和可视化工具。
• Helm：Kubernetes 的包管理工具，用于简化应用部署。

---

四、Kubernetes 架构简图（文字描述）

 

[用户/管理员] | kubectl 或 API 调用 | [ kube-apiserver ] ←→ [ etcd ] （控制平面） | | 通信 | [ kube-scheduler ] [ kube-controller-manager ] | | [ 工作节点1 ] [ 工作节点2 ] ... [ 工作节点N ] | | | kubelet kubelet kubelet kube-proxy kube-proxy kube-proxy 容器运行时 容器运行时 容器运行时 ↓ ↓ ↓ Pod / 容器 Pod / 容器 Pod / 容器

 

 

---

五、总结

Kubernetes 的核心是通过 声明式的配置，让系统自动管理应用的部署、伸缩和运维。其架构设计高度模块化，各组件分工明确，既可以独立升级，也支持高可用部署。

• 控制平面：负责决策（调度、管理状态、API 服务等）
• 工作节点：负责执行（运行容器、网络代理、与控制平面通信）

掌握这些核心组件是理解和使用 Kubernetes 的基础。

---------------------------------------------------------------------------------

---------------------------------------------------------------------------------

---------------------------------------------------------------------------------

---------------------------------------------------------------------------------