Kubernetes 核心概念

Kubernetes（通常简称为 K8s，因为“K”到“s”之间有 8 个字母）是一个用于自动化部署、扩展和管理容器化应用的强大平台。Kubernetes 的架构设计旨在提供高度可扩展、高可用性和易于管理的基础设施。下面是 Kubernetes 架构的主要组成部分及其功能解析：

主要组件

1. Master 节点

Master 节点是集群的大脑，它负责集群的管理和协调。Master 节点通常包含以下几个组件：

• API Server：

  • API Server 是集群的前端，它暴露了 RESTful API 接口，允许客户端与集群进行交互。
  • API Server 是集群状态的主要来源，它还负责验证和配置数据，并提供集群的认证和授权。

• etcd：

  • etcd 是一个分布式的键值存储，用于保存集群的状态数据，如配置、密钥等。
  • etcd 确保了数据的一致性和可靠性。

• Controller Manager：

  • Controller Manager 负责运行多个控制器，这些控制器负责执行集群的状态变更。
  • 控制器的例子包括 ReplicaSet 控制器、Deployment 控制器、Endpoint 控制器等。

• Scheduler：

  • Scheduler 负责监听待调度的 Pod，并选择合适的 Node 来运行它们。
  • Scheduler 会考虑 Node 的资源可用性、亲和性规则等因素来做出决策。

2. Worker 节点

Worker 节点（也称作 Node 或者 Minion）是集群中实际运行工作负载的地方。每个 Worker 节点包含以下组件：

• kubelet：

  • kubelet 是一个位于每个节点上的代理，它负责维护 Node 上的 Pod 状态与 API Server 中定义的状态一致。
  • kubelet 负责启动和停止容器，并报告 Pod 的状态。

• Container Runtime（如 Docker、Containerd、rkt 等）：

  • Container Runtime 负责拉取镜像、运行容器，并管理容器的生命周期。
  • Kubernetes 支持多种容器运行时。

• kube-proxy：

  • kube-proxy 负责实现 Kubernetes 服务（Services）的网络规则。
  • 它通过 iptables 或 IPVS 实现服务的负载均衡。

核心对象

Kubernetes 使用一组核心对象来定义和管理集群的状态。以下是几个重要的核心对象：

• Pod：

  • Pod 是 Kubernetes 中最小的可部署单位，它包含一个或多个容器。
  • Pod 代表了一个或一组容器的逻辑主机。

• ReplicaSet：

  • ReplicaSet 确保任意时刻都有指定数量的副本（Pod）在运行。
  • 它通常用于保证应用的高可用性。

• Deployment：

  • Deployment 是用于声明式更新应用状态的更高层次抽象。
  • 它使用 ReplicaSet 来保证应用的副本数，并支持滚动更新。

• Service：

  • Service 定义了一个逻辑组的 Pod 以及如何访问它们（例如，网络流量应该如何到达 Pod）。
  • Service 提供了一个稳定的 IP 地址和 DNS 名称，即使后端的 Pod 发生变化。

• PersistentVolume (PV) 和 PersistentVolumeClaim (PVC)：

  • PV 是集群中的一部分存储资源，可以由用户申请。
  • PVC 是用户对存储资源的请求，当一个 PVC 被绑定到一个 PV 后，用户就可以使用这个存储空间。

工作流程

1. 用户通过 kubectl 发送命令：用户使用 kubectl 工具向 API Server 发送命令，如查询、创建、更新或删除资源。

2. API Server 接收请求：API Server 接收到请求后，验证请求并将其存储在 etcd 中。

3. Controller Manager 检测并同步状态：Controller Manager 中的控制器检测到状态的变化，并尝试使集群的状态与期望状态保持一致。

4. Scheduler 分配 Pod：当 Pod 创建后，如果没有指定具体的 Node，Scheduler 会选择一个合适的 Node 来运行 Pod。

5. kubelet 创建和管理容器：kubelet 根据 API Server 中的描述创建和管理容器。

6. kube-proxy 设置网络规则：kube-proxy 设置必要的网络规则，以便 Pod 可以相互通信，并对外暴露服务。

扩展性和插件化

Kubernetes 设计为高度可扩展和插件化的，支持通过自定义控制器、Webhook、Admission Controller 等机制来扩展其功能。此外，Kubernetes 支持多种存储插件、网络插件等，使其能够适应不同的基础设施环境。

通过理解 Kubernetes 的架构和核心组件，你可以更好地利用 Kubernetes 来管理容器化的应用和服务。

kubernetes网络

在 Kubernetes（K8s）环境中，“集群网络”指的是在集群内部如何管理和配置网络，以便容器化的应用程序能够互相通信，并且可以与外部网络进行交互。而“主机网络”则是指运行 Kubernetes 工作负载的物理或虚拟机器上的网络配置。

Kubernetes 集群网络

Pod 网络

• Pod 网络模型：在 Kubernetes 中，每个 Pod 都被视为拥有独立的网络栈，即每个 Pod 都有一个唯一的 IP 地址，并且所有的容器共享这个 IP 地址和端口空间。这意味着 Pod 内部的容器可以直接通过 localhost 相互访问。
• Pod 间的通信：Pod 之间的通信通常是通过 Kubernetes 内置的网络功能实现的，比如使用默认的 bridge 网络或其他第三方网络插件，如 Calico、Flannel、Cilium 等。

Service 网络

• Service：Kubernetes 的 Service 对象定义了一组 Pod 的逻辑集合以及访问它们的策略。Services 提供了一个抽象层来定义一组 Pod 的逻辑集合，并且提供了访问这些 Pod 的方法。
• Service 类型：
  • ClusterIP：默认类型，为 Service 分配一个集群内部的 IP 地址。只有集群内部的客户端可以访问此 Service。
  • NodePort：为 Service 分配一个每个 Node 上的静态端口。任何 Node 上的客户端都可以通过 <nodeIP>:<nodePort> 访问此 Service。
  • LoadBalancer：创建一个外部负载均衡器（云提供商或负载均衡硬件），并将外部 IP 地址映射到 NodePort 上的 Service。
  • ExternalName：通过返回 CNAME 和其值来返回 Service 的外部 DNS 名称。

Ingress 网络

• Ingress 控制器：处理进入集群的 HTTP(S) 流量，并根据域名和路径将请求路由到相应的 Services。Ingress 控制器通常与负载均衡器一起工作，以提供更高级别的路由和负载均衡功能。

网络策略

• NetworkPolicy：允许集群管理员控制 Pod 间的通信规则，包括允许来自哪些 Pod 的入站流量，以及允许向哪些 Pod 发送出站流量。

主机网络

在 Kubernetes 集群中，主机网络指的是底层物理或虚拟机器的网络配置。这些机器可以是裸金属服务器、虚拟机或云实例。主机网络的重要性在于它影响了 Kubernetes 如何在其上构建和维护集群网络。

主机网络配置

• 物理网络接口：每个主机都至少有一个物理网络接口，用于连接到物理网络或虚拟交换机。
• 网络配置：主机的网络配置包括 IP 地址、子网掩码、网关、DNS 设置等信息。这些配置决定了主机如何与外部网络通信。
• 防火墙规则：为了安全起见，通常会在主机上配置防火墙规则来控制进出流量。

主机与集群网络的集成

• 网络插件：Kubernetes 集群使用的网络插件（如 Flannel、Calico 等）通常会在主机上安装代理程序，这些代理程序负责配置必要的网络接口、路由表项和其他网络资源，以支持集群内的网络通信。
• NAT 和路由：在多主机环境中，集群网络通常依赖于 NAT 和路由来确保 Pod 之间的通信能够跨越多个主机。

总之，Kubernetes 集群网络关注的是如何在集群内部实现容器间的通信和服务发现，而主机网络则关注的是如何配置和管理底层主机的网络设置，以支持集群网络的功能。两者相互作用，共同实现了 Kubernetes 集群的整体网络架构。