Kubernetes（二）—架构和组件

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整体架构

Kubernetes的整体架构如下图。

Kubernetes属于主从分布式架构，主要由Master节点和Node节点组成，另外还包括客户端命令行工具kubectl和一些其它附加项（Add-on）。

  • Master节点：作为控制节点，对集群进行调度管理。它是集群的领导者和大脑。
    Master节点由API Server、Scheduler、Cluster State Store和Controller-Manger Server所组成。

  • Node节点：作为真正的工作节点，运行业务应用的容器。它是集群中具体干活的。
    Node节点包含kubelet、kube proxy和Container Runtime。

  • kubectl：用于通过命令行与API Server进行交互，而对Kubernetes进行操作，实现在集群中进行各种资源的增删改查等操作。

  • Add-on：是对Kubernetes核心功能的扩展，例如增加网络和网络策略等能力。
    value）存储系统。它能够为整个K8s集群存储一些关键的数据，比如Pod、Service等对象的信息。

组件

Master节点

etcd

Kubernetes默认使用etcd作为集群整体的存储系统，当然也可以使用其它的技术。etcd是Coreos开源的（Apache 2.0协议）一个分布式键值（key/value）存储数据库，它具有高可用性和高一致性。

K8s集群的所有数据都存储在etcd中，并具有监控的能力，因此当etcd中的信息发生变化时，就能够快速的通知集群中相关的组件。

API Server（API）

API Server是K8s系统操作集群中资源对象的唯一操作入口。封装了资源对象的增删改查操作，以RESTFul接口方式提供给外部客户端（比如kubectl命令行或web UI）和内部组件（比如scheduler和controller manager）调用。和外部客户端交互时，还可以提供认证、授权、访问控制等机制。

Api Server是唯一可以操作etcd数据库的组件。

Api Server能够水平扩展，可以通过部署多个实例来达到高可用的目的。

Controller-Manager（控制器管理）

Controller-Manager是用来管理集群中的各种资源的控制器。针对于每一种具体的资源，都有相应的Controller，Controller-Manager就是用来管理这些controller，是这些controller所对应的资源始终处于“期望的状态”。

Kubernetes会默认提供Replication Controller、Node Controller、Namespace Controller、Service Controller、Endpoints Controller、Persistent Controller、DaemonSet Controller等控制器。

Scheduler（调度器）

Scheduler是根据调度算法，监控新建的pod，并为其选择一个合适的Node节点。

Kubernetes也支持用户自己提供的调度器，Scheduler负责根据调度策略自动将Pod部署到合适Node中，调度策略分为预选策略和优选策略两步：

  1. 预选Node：遍历集群中所有的Node，按照具体的预选策略筛选出符合要求的Node列表。如没有Node符合预选策略规则，该Pod就会被挂起，直到集群中出现符合要求的Node。
  2. 优选Node：预选Node列表的基础上，按照优选策略为待选的Node进行打分和排序，从中获取最优Node。

Node节点

Node是K8s集群中真正的工作负载节点，K8s集群由多个Node共同承担工作负载，pod被分配到某个具体的node上执行。
K8s通过node controller对node资源进行管理。支持动态在集群中添加或删除node。

kubelet

它是位于集群中每个Node上非容器形式的服务进程组件，是Master和Node之间的桥梁。具体的工作有：

  • 处理Master下发到本Node上的pod创建、修改、监控、删除等全生命周期管理任务。
  • 向Master API server注册Node信息。
  • 监控本Node上容器和节点资源情况，并定期向Master汇报节点资源占用情况。
  • 向Master汇报容器运行的健康情况。

Kube-proxy

Kube-proxy是Service抽象概念的实现，解决了集群的路由访问和负载均衡问题。

每一个Node都会运行一个kube-proxy，当外部需要访问集群中的指定服务时，Proxy会根据Load Balancer将请求分发到后端正确的容器去处理。

kubectl

kubectl是Kubernetes集群的命令行接口。通过客户端的kubectl命令集操作，API Server响应对应的命令结果，从而可以实现对kubernetes集群的管理。

运行kubectl命令的语法如下所示

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$ kubectl [command] [TYPE] [NAME] [flags]

这里的command，TYPE、NAME和flags为：

  • comand：指定要对资源执行的操作，例如create、get、describe和delete

  • TYPE：指定资源类型，资源类型是大小写敏感的，开发者能够以单数、复数和缩略的形式。例如：

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    $ kubectl get pod pod1
    $ kubectl get pods pod1
    $ kubectl get po pod1

  • NAME：指定资源的名称，名称也大小写敏感的。如果省略名称，则会显示所有的资源，例如:

    1
    $kubectl get pods

  • flags：指定可选的参数。例如，可以使用-s或者-server参数指定Kubernetes API server的地址和端口。

另外，可以通过运行kubectl help命令获取更多的信息。

add-on

kube-dns：是一个灵活的，可扩展的DNS服务器。负责为整个集群提供DNS服务。
Ingress：提供基于Http协议的路由转发机制。为服务提供外网入口。
Dashboard：提供Kubernetes的web用户界面。
Fluentd-elasticsearch：提供集群日志采集、存储与查询

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