Kubernetes核心概念总结
发布日期:2025-04-03 13:48:50 浏览次数:10 分类:精选文章

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Kubernetes基础架构与组件介绍

Kubernetes是一个开源容器编排引擎,旨在简化云计算操作和应用管理。其架构模块化设计,包含Master节点和Node节点两大部分,分别负责资源调度与节点管理。以下从基础架构开始,逐步拆解Kubernetes的核心组件和资源对象。

Master节点架构

Master节点是Kubernetes的控制中心,主要包含以下四大模块:

  • APIServer

    APIServer负责提供Kubernetes的RESTful API服务,作为管理指令的唯一入口,处理所有资源的增删改查操作。它将接收kubectl等客户端请求后提交给Etcd存储系统。

  • Scheduler

    Scheduler作为Kubernetes的调度核心,其职责是根据Pod的运行需求,根据底层Node的资源情况,决定Pod适合迁移到哪个Node上。Scheduler采用轮训和最优化算法,支持自定义调度策略。

  • Controller Manager

    Controller Manager管理各类控制器,确保资源状态始终符合预期。例如,每个资源都对应一个控制器,负责其生命周期的维护。通过定期检查和调整,Controller Manager保证Kubernetes集群的稳定运行。

  • Etcd

    Etcd是一个高可用键值存储系统,Kubernetes用于存储集群状态数据。它支持集群内多节点的数据一致性管理,是Kubernetes的重要组成部分。


  • Node节点架构

    Node节点负责执行聚合功能,包含以下三大组件:

  • kubelet

    作为每个Node上的代理进程,kubelet负责管理Node上的所有容器,维护Pod与Node的绑定关系。

  • kube-proxy

    kube-proxy实现服务发现与反向代理功能,负责将请求转发到相应的Pod。其通过Etcd的watch机制动态更新服务与端点关联,支持会话保持和端口绑定。

  • runtime

    runtime指容器运行环境,Kubernetes支持Docker和Rkt两种容器。在运行环境中,Pod作为最小的调度单元,包含一个或多个容器,实现资源隔离并共享存储资源。


  • Kubernetes核心资源/对象

    Kubernetes通过资源对象管理集群运行中的容器化应用,其中Pod是最基本的操作单元,生命周期和管理方式是用户关注的重点。

    Pod

    Pod是应用运行的基本载体,承载容器化服务,并支持通过KCNode之间的共享资源。与传统容器相比,Pod的创新性主要体现在以下方面:

  • 组合容器
    Pod允许包含一个或多个相关容器,实现轻松组合部署。
  • 生命周期管理
    Pod的创建、扩展和迁移由Replication Controller负责,确保服务始终稳定运行。
  • 镜像管理
    Pod支持多种镜像下载策略,根据需要选择合适的镜像下载方式。
  • replication controller (RC)

    RC确保指定数量的Pod运行,支持弹性伸缩、滚动升级等功能。其核心在于通过label机制关联Pod与RC,实现资源管理。

    Service

    Service作为Kubernetes的服务代理机制,为应用提供稳定的入口。通过label关联Pod,提供虚拟IP实现负载均衡和服务路由。以下是Service的工作原理和应用场景:

  • 负载均衡
    Service通过kube-proxy设置random或round-robin策略实现后端Pod的负载均衡。
  • 服务发现
    Service支持环境变量注入和DNS解析,方便Pod间的通信与资源访问。
  • ** 外部访问**
    Service可通过NodePort、LoadBalancer或Ingress实现外部网络访问,支持全局扩展。

  • Population与弹性伸缩

    Kubernetes通过Horizontal Pod Autoscaler实现服务弹性,这种自动扩展机制根据应用负载调整Pod数量。计算机资源调整主要基于CPU使用率,与传统垂直扩展相区别。


    Deployment与StatefulSet

    Deployment是新一代Replication Controller,提供诸多增强功能:

  • 滚动升级
    通过逐步替换镜像版本,确保升级过程平滑进行。
  • 暂停与回滚
    提供详细的版本回溯和管理权限,提升升级可控性。
  • 弹性伸缩
    支持动态调整Pod数量,满足业务负载需求。
  • Pet Set则专注于有状态服务,确保每个Pod与特定存储绑定,适合运行数据库、日志聚合等有状态应用。


    通过以上组件的协同工作,Kubernetes实现了云原生应用的自动化部署与管理 mouseYLG

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