在K8S中，体系结构有哪些不同的组成部分?
Kubernetes（K8S）的体系结构是一个典型的分布式系统，分为控制平面（Control Plane）和数据平面（Data Plane）（也称为工作节点）。以下是其核心组成部分的详细解析：
一、控制平面（Control Plane / Master Node）
集群的“大脑”，负责全局决策和状态管理。通常由多节点组成以实现高可用（HA）。
| 组件 | 核心作用 | 关键特性 |
|---|---|---|
| 1. kube-apiserver | - 集群的唯一入口，提供 RESTful API。 - 处理所有操作请求（认证、授权、准入控制）。 - 读写 etcd 存储集群状态。 |
水平扩展、高可用部署（多副本 + 负载均衡） |
| 2. etcd | - 分布式键值数据库，持久化存储集群所有状态数据（如 Pod、Node、ConfigMap）。 - 保证数据一致性和高可用（Raft 协议）。 |
生产环境需 3/5 个奇数节点部署 |
| 3. kube-scheduler | - 监听未调度的 Pod，根据资源需求、约束策略选择最优 Node 运行。 | 调度策略可扩展（过滤 + 评分两阶段） |
| 4. kube-controller-manager | - 运行控制器（Controller），驱动集群状态向期望状态收敛： - 节点控制器（监控 Node 状态） - 副本控制器（维护 Pod 副本数） - 服务控制器（管理 Service 与 Endpoints） - 其他控制器（如 Namespace、Token 控制器） |
多副本通过领导者选举（Leader Election）保证单活 |
| 5. cloud-controller-manager | - 可选组件，对接云厂商 API（如 AWS、Azure）。 - 管理云资源：节点生命周期、负载均衡器、存储卷、路由规则。 |
解耦云平台依赖，便于扩展 |
二、数据平面（Data Plane / Worker Node）
运行用户工作负载的节点，由控制平面管理。
| 组件 | 核心作用 | 关键特性 |
|---|---|---|
| 1. kubelet | - 节点上的“代理”，管理 Pod 生命周期。 - 向控制平面报告节点和 Pod 状态。 - 执行容器操作（通过 CRI）。 |
通过 Watch API 监听 apiserver 的 Pod 变更 |
| 2. 容器运行时（Container Runtime） | - 实际运行容器的引擎（如 containerd、CRI-O）。 - 负责拉取镜像、启停容器、管理隔离资源（CPU/内存）。 |
遵循 CRI（Container Runtime Interface）标准 |
| 3. kube-proxy | - 维护节点上的网络规则（iptables/IPVS）。 - 实现 Service 的负载均衡和流量转发（ClusterIP、NodePort 等）。 |
支持多种代理模式（userspace、iptables、IPVS） |
三、插件组件（Add-ons）
扩展集群功能的非核心组件，通常以 Pod 形式运行。
| 组件 | 核心作用 |
|---|---|
| 1. CNI 网络插件 | - 实现 Pod 间网络通信（如 Calico、Flannel、Cilium）。 - 负责 IP 分配、网络策略（NetworkPolicy）。 |
| 2. CoreDNS | - 提供集群内 DNS 服务，解析 Service 域名（如 my-svc.default.svc.cluster.local）。 |
| 3. Ingress 控制器 | - 实现 Ingress 资源，暴露 HTTP/HTTPS 服务到集群外（如 Nginx Ingress、Traefik）。 |
| 4. Metrics Server | - 收集集群资源指标（CPU/内存），为 kubectl top 和 HPA 提供数据。 |
| 5. CSI 存储插件 | - 对接外部存储系统（如 AWS EBS、NFS），为 Pod 提供持久卷（PV/PVC）。 |
| 6. Dashboard | - 提供 Web 可视化界面管理集群。 |
四、核心概念关联图
+-----------------------------------------------------------------------------------------+
| 控制平面 (Control Plane) |
| +-------------+ +------------+ +------------+ +-------------------------+ |
| | kube- |<--->| etcd |<--->| kube- | | cloud-controller- | |
| | apiserver | | (存储状态) | | scheduler | | manager (可选) | |
| | (API 网关) | +------------+ | (调度器) | | (云平台集成) | |
| +-------------+ ^ +------------+ +-------------------------+ |
| ^ ^ ^ | ^ |
| | | | v | |
+-----------------------------------------------------------------------------------------+
| | | +-------------------+ |
| | +---->| kube-controller- |<----+
| | | manager (控制器) |
| | +-------------------+
| |
| |
+------v---v-----------------------------------------------------------------------------+
| 数据平面 (Worker Nodes) |
| +----------------+ +------------------+ +-----------------+ +------------+ |
| | kubelet |<--->| 容器运行时 | | kube-proxy | | 用户 Pod | |
| | (节点代理) | | (containerd等) | | (网络代理) | | (工作负载) | |
| +----------------+ +------------------+ +-----------------+ +------------+ |
+-----------------------------------------------------------------------------------------+
^
|
+----------v------------------------------------------------------------------------------+
| 插件组件 (Add-ons) |
| +--------------+ +------------+ +-------------+ +-------------+ +-----+ |
| | CNI 网络插件 | | CoreDNS | | Ingress | | Metrics | | CSI | |
| | (网络通信) | | (DNS解析) | | 控制器 | | Server | | (存储)| |
| +--------------+ +------------+ +-------------+ +-------------+ +-----+ |
+-----------------------------------------------------------------------------------------+
关键设计原则
- 声明式 API：用户定义期望状态（YAML/JSON），K8S 自动驱动系统达到该状态。
- 控制器模式：持续监听状态变化，通过调和循环（Reconcile Loop）消除差异。
- 模块化与解耦：组件通过 API 通信，可独立升级替换（如 CRI、CNI、CSI 接口）。
- 自愈能力：自动重启故障容器、替换不可用节点上的 Pod。
总结
- 控制平面：决策中心（
apiserver+etcd+scheduler+controller-manager）。 - 数据平面：工作负载执行者（
kubelet+ 容器运行时 +kube-proxy）。 - 插件：扩展能力（网络、DNS、存储、监控等）。
- 核心流程：用户通过
kubectl操作apiserver→ 状态存入etcd→ 控制器/scheduler 响应变更 →kubelet在节点执行操作。
理解这些组件的协作关系，是掌握 Kubernetes 架构和故障排查的基础！
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