Kubernetes (K8s) 集群架构由多个组件组成，主要分为控制平面（Control Plane）和工作节点（Worker Node）。控制平面负责集群的管理与调度，而工作节点则运行实际的应用程序和服务。下面是 K8s 集群架构的主要组件：
1. 控制平面（Control Plane）
控制平面是集群的大脑，负责管理整个集群的状态。它处理所有的任务调度、资源分配和集群状态维护。控制平面通常由多个组件组成，以下是控制平面的核心组件：
-
API Server (
kube-apiserver) ：- 作为 K8s 集群的入口点，所有的操作请求（如部署、修改、删除资源）都会通过 API Server 进行。它提供了集群资源的 RESTful API 接口，所有的组件和用户与 K8s 的交互都是通过它来实现的。
- 它是集群中的唯一管理接口，并且与其他控制平面组件（如 etcd、controller manager）进行通信。
-
etcd：
- 一个高可用的键值存储数据库，K8s 使用它来存储集群的所有数据和状态，包括节点信息、Pod 状态、配置等。所有的集群状态都保存在 etcd 中，是集群的 "源数据"。
- etcd 通常是一个分布式系统，可以保证数据的一致性和高可用性。
-
Controller Manager (
kube-controller-manager) ：- 控制器是 K8s 的守护进程，负责维护集群状态并根据需要进行调整。它监控 K8s 集群的状态，并执行相应的操作。例如，ReplicaSet 控制器会确保指定数量的副本 Pods 始终处于运行状态。
- Controller Manager 会通过 API Server 与 etcd 进行交互，以便同步集群的状态。
-
Scheduler (
kube-scheduler) ：- 调度器负责将待运行的 Pod 调度到合适的工作节点上。它根据节点的资源利用情况、优先级、调度策略等因素来选择最适合的节点。
- 调度器还会考虑 Pod 的 Affinity、Taints 和 Tolerations 等设置，确保 Pod 能够在合适的环境中运行。
2. 工作节点（Worker Node）
工作节点是实际承载应用程序和服务的地方。每个工作节点上都运行着一组 K8s 组件，主要包括：
-
Kubelet (
kubelet) ：- Kubelet 是每个工作节点上的主要代理，负责确保容器在节点上按照 Pod 定义的规范运行。它监控容器的生命周期，并与 API Server 通信，确保节点上的资源与集群状态保持一致。
- 它会定期向 API Server 报告节点和 Pod 的状态，确保集群中的状态与期望的一致。
-
Kube Proxy (
kube-proxy) ：- Kube Proxy 是工作节点上的网络代理，负责维护网络规则，确保 Pod 能够通过正确的网络路由进行通信。
- 它通常会在每个节点上运行，并提供服务发现、负载均衡等功能。它根据 Service 的定义配置网络规则，使得流量能够正确地路由到相应的 Pod。
-
Container Runtime：
- 容器运行时是负责容器生命周期管理的组件，K8s 支持多种容器运行时，包括 Docker、containerd、CRI-O 等。容器运行时负责拉取镜像、创建和销毁容器等操作。
- 在大多数 K8s 集群中，Docker 是默认的容器运行时，但现在 Kubernetes 推荐使用 containerd 或 CRI-O 等作为容器运行时。
3. K8s 集群架构示意图
+--------------------------------------+
| Control Plane |
| |
| +------------+ +----------------+ |
| | API Server| | Controller | |
| +------------+ | Manager | |
| +------------+ +----------------+ |
| | etcd | |
| +------------+ +----------------+ |
| | Scheduler | |
| +------------+ |
+--------------------------------------+
| |
+-------------+--------------+-------------+
| |
+-----------------+ +-----------------+
| Worker Node 1| | Worker Node 2|
| | | |
| +----------+ | | +----------+ |
| | Kubelet | | | | Kubelet | |
| +----------+ | | +----------+ |
| +----------+ | | +----------+ |
| | Kube Proxy| | | | Kube Proxy| |
| +----------+ | | +----------+ |
| +------------+ | | +------------+ |
| | Container | | | | Container | |
| | Runtime | | | | Runtime | |
| +------------+ | | +------------+ |
+-----------------+ +-----------------+
4. 其他重要组件
-
Ingress Controller：
- Ingress 是 Kubernetes 中的一个 API 对象，用于管理外部流量的访问控制。Ingress Controller 是实现 Ingress 规则的组件，它负责将 HTTP/HTTPS 请求路由到集群内的服务。
-
Metrics Server：
- Metrics Server 是 K8s 集群的监控组件，它收集每个节点和 Pod 的资源使用情况（如 CPU、内存等）。它为自动扩缩容（如 Horizontal Pod Autoscaler）和其他资源管理提供数据支持。
5. 高可用性与冗余
- K8s 支持控制平面的高可用部署，可以通过在多个主机上部署多个控制平面组件（如 API Server、Controller Manager、Scheduler 和 etcd）来确保系统的容错能力。
- 工作节点也可以通过水平扩展进行增加，确保集群的弹性和负载分担。
总结
Kubernetes 集群架构采用了控制平面和工作节点的设计，将集群管理与应用运行分开，使得集群的维护、扩展和管理更加灵活和高效。控制平面负责集群的整体管理，而工作节点则专注于运行容器化的应用程序。通过这些组件的协作，K8s 能够实现容器化应用的自动化部署、扩展、故障恢复等关键功能。
