K8S原理架构详解(图文全面总结)（k8s架构介绍）

K8S是云原生最核心的内容，也是云计算的未来，下满我就全面来详解K8S原理架构@mikechen

本文作者：陈睿|mikechen

文章来源：mikechen.cc

K8S

Kubernetes（K8s）是一个强大的容器编排平台，旨在自动化应用程序的部署、扩展和管理。

Kubernetes 的核心目标是：简化大规模容器化应用的管理、部署、和运维。

在大规模容器化环境中，可以更有效地管理、和调度容器，让它们在集群中合理分布。

通过了解K8S原理架构、工作流程，可以更好地理解 Kubernetes 的工作原理，并将其应用于实际的生产环境中。

K8S原理架构

Kubernetes（K8s），架构分为两大部分：控制平面（Control Plane） 和 节点（Node）。

如下图所示：

控制平面（Control Plane）

控制平面：负责集群的管理和决策，而节点是应用程序容器的运行环境。

控制平面组件，通常运行在集群的主机上，负责集群状态的调度、监控、管理...等。

主要会包含，如下组件：

API 服务器（API Server）

API 服务器是 Kubernetes 的入口点，提供与集群进行交互的 REST API。

它是集群所有操作的“控制中心”，所有的操作（如部署、扩容、删除等）都通过 API 服务器传递。

如下图所示：

首先，所有请求都通过 API 服务器进行验证、和处理；

API 服务器负责：处理所有对集群状态的 CRUD 操作（如：创建、读取、更新和删除资源...等等）。

etcd（集群状态存储）

etcd 是一个分布式的键值存储系统，用来保存 Kubernetes 集群的所有配置信息、状态信息、以及应用的元数据。

比如： Pod、Deployment、Service .....等信息，都会被存储在 etcd 中。

etcd ，是 K8s 集群的“数据源”，保证了集群状态的一致性，使用强一致性算法，保证集群状态的一致性。

调度器（Scheduler）

调度器，负责将应用程序容器（Pod），分配到合适的节点上运行。

Pod 是 Kubernetes 中最小的可部署的计算单元，它代表着部署的一个单位。

一个 Pod 可以包含：一个、或多个容器...等等，这些容器共享网络命名空间、IP地址和存储卷...等等。

你可以将 Pod 想象成一栋房子，房子里可以住一个人（一个容器），也可以住一家人（多个容器）。

房子有自己的地址（IP地址），房子里的成员（容器），可以共享厨房（共享存储）、客厅（共享网络）...等。

它决定哪个节点可以运行新的 Pod，根据资源需求、节点容量、亲和性等条件来选择最佳节点。

根据 Pod 的资源需求、节点的资源利用率、负载等信息做出调度决策。

如果集群中没有足够的资源，调度器会将 Pod 标记为“不可调度”。

控制器管理器（Controller Manager）

控制器管理器，负责管理集群的生命周期，确保集群的实际状态与预期状态一致。

它包含多个控制器，每个控制器负责管理某种类型的资源。

常见的控制器包括：

ReplicaSet Controller：确保每个服务的副本数符合期望值；

Deployment Controller：处理 Deployment 资源，管理应用程序版本的滚动更新、和回滚；

StatefulSet Controller：管理有状态应用程序，确保 Pod 的顺序、和稳定性；

Job Controller：管理短期任务的执行。

K8S节点（Node）

K8S工作节点架构，如下图所示：

每个节点上运行多个 K8s 组件，来实现容器的部署、管理和监控。

K8S整体流程，如下：

首先，用户创建资源。

用户通过 kubectl 命令行工具、或其他客户端工具，向 kube-apiserver 发送创建资源的请求。

然后，API Server 验证并存储

kube-apiserver 验证请求，并将其存储到 etcd 中。

然后，开始调度器调度

kube-scheduler ，监视 etcd 中的新 Pod，根据调度策略选择合适的 Node，并将 Pod 的调度信息写入 etcd。

然后，Node 上执行

kubelet 监视 etcd 中的 Pod 信息，并根据这些信息启动容器。

然后，服务发现与负载均衡

kube-proxy 负责服务发现和负载均衡，将服务请求转发到后端的 Pod。

本文作者：陈睿|mikechen

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