Kubernetes - 实战：Kubernetes架构介绍

一、Kubernetes架构介绍

1、Kubernetes架构图

2、Kubernetes组件功能介绍

1、API Server

kube-apiserver 是 Kubernetes 最重要的核心组件之一，主要提供以下的功能

提供集群管理的 REST API 接口，包括认证授权、数据校验以及集群状态变更等
提供其他模块之间的数据交互和通信的枢纽（其他模块通过 API Server 查询或修改数据，只有 API Server 才直接操作 etcd）

$ kubectl api-versions # 查看API信息

2、Kube-scheduler

kube-scheduler 负责分配调度 Pod 到集群内的节点上，它监听 kube-apiserver，查询还未分配 Node 的 Pod，然后根据调度策略为这些 Pod 分配节点（更新 Pod 的NodeName 字段）。
调度器需要充分考虑诸多的因素：

公平调度
资源高效利用
QoS
affinity 和 anti-affinity
数据本地化（data locality）
内部负载干扰（inter-workload interference）
deadlines

指定Node 节点调度
有三种方式指定 Pod 只运行在指定的 Node 节点上

nodeSelector：只调度到匹配指定 label 的 Node 上
nodeAffinity：功能更丰富的 Node 选择器，比如支持集合操作
podAffinity：调度到满足条件的 Pod 所在的 Node 上
nodeSelector 示例
首先给 Node 打上标签
$ kubectl label nodes node-01 disktype=ssd
然后在 daemonset 中指定 nodeSelector 为 disktype=ssd ：

spec:
  nodeSelector:
    disktype: ssd

3、Controller Manager

Controller Manager 由 kube-controller-manager 和 cloud-controller-manager 组成，是Kubernetes 的大脑，它通过 apiserver 监控整个集群的状态，并确保集群处于预期的工作状态。
kube-controller-manager 由一系列的控制器组成：

Replication Controller
Node Controller
CronJob Controller
Daemon Controller
Deployment Controller
Endpoint Controller
Garbage Collector
Namespace Controller
Job Controller
Pod AutoScaler
RelicaSet
Service Controller
ServiceAccount Controller
StatefulSet Controller
Volume Controller
Resource quota Controller
kube-controller-manager 由一系列的控制器组成，这些控制器可以划分为三组

1、必须启动的控制器；
• EndpointController
• ReplicationController
• PodGCController
• ResourceQuotaController
• NamespaceController
• ServiceAccountController
• GarbageCollectorController
• DaemonSetController
• JobController
• DeploymentController
• ReplicaSetController
• HPAController
• DisruptionController
• StatefulSetController
• CronJobController
• CSRSigningController
• CSRApprovingController
• TTLController 2、默认启动的可选控制器，可通过选项设置是否开启；
• TokenController
• NodeController
• ServiceController
• RouteController
• PVBinderController
• AttachDetachController 3、默认禁止的可选控制器，可通过选项设置是否开启；
• BootstrapSignerController
• TokenCleanerController

4、Kubelet

每个Node节点上都运行一个 Kubelet 服务进程，默认监听 10250 端口，接收并执行Master 发来的指令，管理 Pod 及 Pod 中的容器。每个 Kubelet 进程会在 API Server 上注册所在Node节点的信息，定期向 Master 节点汇报该节点的资源使用情况，并通过cAdvisor 监控节点和容器的资源。

5、Kube-proxy

每台机器上都运行一个 kube-proxy 服务，它监听 API server 中 service 和 endpoint 的变化情况，并通过 iptables 等来为服务配置负载均衡（仅支持 TCP 和 UDP）。
kube-proxy 可以直接运行在物理机上，也可以以 static pod 或者 daemonset 的方式运行。

6、DNS

DNS是 Kubernetes 的核心功能之一，通过 kube-dns 或 CoreDNS 作为集群的必备扩展来提供命名服务。

7、Core-dns

从v1.11 开始可以使用 CoreDNS 来提供命名服务，并从 v1.13 开始成为默认 DNS 服务。CoreDNS 的特点是效率更高，资源占用率更小，推荐使用 CoreDNS 替代 kube-dns 为集群提供 DNS 服务。
从kube-dns 升级为 CoreDNS 的步骤为：
$git clone https://github.com/coredns/deployment
$cd deployment/kubernetes
$./deploy.sh | kubectl apply -f -
$kubectl delete --namespace=kube-system deployment kube-dns

8、kubeadm

kubeadm 是 Kubernetes 主推的部署工具之一，正在快速迭代开发中。
所有机器都需要初始化容器执行引擎（如 docker 或 frakti 等）和 kubelet。这是因为kubeadm 依赖 kubelet 来启动 Master 组件，比如 kube-apiserver、kube-manager-controller、kube-scheduler、kube-proxy 等。
初始化Master
在初始化 master 时，只需要执行 kubeadm init 命令即可，比如
kubeadm init --pod-network-cidr 10.244.0.0/16 --kubernetes-version stable
这个命令会自动
•系统状态检查
•生成 token
•生成自签名 CA 和 client 端证书
•生成 kubeconfig 用于 kubelet 连接 API server
•为Master 组件生成 Static Pod manifests，并放到
•/etc/kubernetes/manifests 目录中
•配置 RBAC 并设置 Master node 只运行控制平面组件
•创建附加服务，比如 kube-proxy 和 kube-dns
网络插件
•Flannel
•Weave
•Calico
添加Node
token=$(kubeadm token list | grep authentication,signing | awk '{print $1}')
kubeadm join --token $token ${master_ip}
这包括以下几个步骤

从 API server 下载 CA
创建本地证书，并请求 API Server 签名
最后配置 kubelet 连接到 API Server

删除安装
kubeadm reset

9、Hyperkube

hyperkube是Kubernetes的allinone binary，可以用来启动多种kubernetes服务，常用在
Docker镜像中。每个Kubernetes发布都会同时发布一个包含hyperkube的docker镜像，
如gcr.io/google_containers/hyperkube:v1.6.4 。
hyperkube支持的子命令包括

kubelet
apiserver
controller-manager
federation-apiserver
federation-controller-manager
kubectl
proxy
scheduler

10、Kubectl

kubectl 是 Kubernetes 的命令行工具（CLI），是 Kubernetes 用户和管理员必备的管理工具。

kubectl -h 查看子命令列表
kubectl options 查看全局选项
kubectl --help 查看子命令的帮助
kubectl [command] [PARAMS] -o= 设置输出格式（如 json、yaml、jsonpath 等）
kubectl explain [RESOURCE] 查看资源的定义

11、Etcd

Etcd是CoreOS基于Raft协议开发的分布式key-value存储，可用于服务发现、共享配置以及一致性保障（如数据库选主、分布式锁等）。
在分布式系统中，如何管理节点间的状态一直是一个难题，etcd像是专门为集群环境的服务发现和注册而涉及，它提供了数据TTL失效、数据改变监视、多值、目录监听、分布式锁原子操作等功能，可以方便的跟踪并管理集群节点的状态。
Etcd负责保存整个Kubernetes集群的状态

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