k8s的基本架构

# K8s的基本架构

## 概述
Kubernetes（简称K8s）是Google开源的容器编排系统，现已成为云原生应用的事实标准。其架构设计遵循"控制平面+数据平面"的经典模式，通过声明式API和松耦合组件实现高效的容器编排能力。本文将深入解析K8s的核心架构组成。

## 整体架构图
```mermaid
graph TD
    A[Control Plane] --> B[Worker Nodes]
    A --> C[Cloud/Storage Providers]
    B --> D[Pods]
    D --> E[Containers]

控制平面（Control Plane）

控制平面是K8s的”大脑”，负责集群的全局决策和状态管理，通常由多个Master节点组成以实现高可用。

核心组件

1. API Server (kube-apiserver)

• 功能：集群的唯一入口，提供RESTful API
• 特点：
  • 处理所有CRUD操作
  • 实现认证/授权机制（RBAC）
  • 支持多版本API共存
• 典型部署：3节点etcd集群可承受1节点故障

2. Scheduler (kube-scheduler)

• 工作流程：
  1. 监听未调度的Pod
  2. 根据资源需求、亲和性等策略选择最优节点
  3. 通过API Server更新绑定信息
• 调度策略：
  • 最少请求优先
  • 均衡资源分配
  • 自定义调度器支持

3. Controller Manager

包含多个控制器进程： - Node Controller：节点状态监控 - Replication Controller：确保Pod副本数 - Endpoint Controller：维护Service与Pod映射 - Service Account：命名空间默认账户管理

4. etcd

• 分布式键值存储
• 存储所有集群数据（唯一状态存储）
• 采用Raft一致性算法

工作节点（Worker Nodes）

运行容器化应用的实际计算单元，每个节点包含：

核心组件

1. Kubelet

• 节点”代理程序”
• 主要职责：
  • 管理Pod生命周期
  • 挂载存储卷
  • 执行健康检查
  • 向API Server报告状态

2. Kube-proxy

• 网络代理组件
• 实现Service抽象：
  • userspace代理模式（已淘汰）
  • iptables模式（默认）
  • IPVS模式（高性能）

3. 容器运行时

• 支持多种实现：
  • Docker（已弃用）
  • containerd（推荐）
  • CRI-O
• 通过CRI接口与K8s交互

关键抽象概念

Pod

• 最小部署单元
• 特点：
  • 共享网络命名空间
  • 可通过Volume共享存储
  • 临时生命周期设计

# 示例Pod定义
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.14.2

Service

• 服务发现抽象
• 类型：
  • ClusterIP（默认）
  • NodePort
  • LoadBalancer
  • ExternalName

Deployment

• 声明式更新管理
• 支持：
  • 滚动更新
  • 版本回滚
  • 副本数伸缩

插件组件

DNS

• CoreDNS实现
• 集群内服务域名解析

Dashboard

• 官方Web UI
• 可视化集群管理

CNI插件

• 网络实现方案：
  • Calico
  • Flannel
  • Weave Net

CSI插件

• 存储卷管理接口
• 支持主流云存储服务

架构特性分析

设计原则

1. 声明式API
2. 松耦合架构
3. 可扩展设计
4. 自修复能力

高可用实现

• 控制平面多副本
• etcd集群部署
• 负载均衡API Server

安全机制

• 传输加密（TLS）
• 认证（X509/Token）
• 授权（RBAC/ABAC）
• 准入控制（Webhook）

典型数据流

1. 用户提交YAML到API Server
2. 写入etcd存储
3. Scheduler分配节点
4. Kubelet创建Pod
5. Controller监控状态

总结

K8s通过模块化架构实现了： - 灵活的容器编排 - 高效的资源利用 - 稳定的服务保障 - 便捷的扩展能力

理解其架构设计是掌握K8s运维和开发的基础，后续可深入探究各组件实现细节及调优实践。 “`

注：本文约1200字，采用Markdown格式编写，包含架构图代码块和YAML示例，可根据需要调整内容深度或补充具体组件实现细节。