Containerd与Kubernetes DaemonSet：实现节点级容器部署-优快云博客

Containerd与Kubernetes DaemonSet：实现节点级容器部署

【免费下载链接】containerd containerd 是一个容器运行时和镜像生成工具，用于管理容器化应用程序的生命周期管理。 * 容器化应用程序管理、容器运行时和编排工具 * 有什么特点：容器管理工具、支持多种容器化应用程序管理和部署工具、易于使用和集成项目地址: https://gitcode.com/GitHub_Trending/co/containerd

你是否在Kubernetes集群中遇到过节点级任务部署难题？比如日志收集、监控代理或网络插件需要在每个节点运行，却难以确保一致性和高可用性？本文将通过Containerd与DaemonSet的协同方案，带你解决这一痛点。读完后，你将掌握：节点级容器部署的最佳实践、Containerd运行时优化技巧、以及如何通过DaemonSet实现服务的自动扩缩容。

核心概念解析

Containerd：Kubernetes的容器引擎基石

Containerd是一个工业级容器运行时，专注于简单性、健壮性和可移植性。作为CNCF毕业项目，它已成为Kubernetes的默认容器运行时之一，负责管理容器生命周期的完整流程：从镜像传输存储、容器执行监督到低级存储和网络附件。

Containerd架构图展示了其模块化设计，包含核心组件如CRI插件、容器管理和镜像存储 docs/historical/design/architecture.png

Containerd的核心优势在于：

轻量级设计：相比传统Docker引擎，减少了不必要的组件，资源占用更低
OCI标准兼容：完全支持开放容器倡议(OCI)规范，确保容器可移植性
插件化架构：通过插件扩展功能，如CRI接口、快照存储和网络管理

DaemonSet：节点级部署的Kubernetes方案

DaemonSet是Kubernetes的一种控制器，用于在集群中的所有节点（或指定节点）上运行一个Pod副本。当新节点加入集群时，DaemonSet会自动在该节点上部署相应的Pod；当节点从集群中移除时，这些Pod也会被自动清理。

这种特性使其成为运行节点级服务的理想选择，典型应用场景包括：

日志收集组件（如Fluentd、Logstash）
监控代理（如Prometheus Node Exporter）
网络插件（如Calico、Flannel）
存储插件（如Ceph、GlusterFS客户端）

协同工作原理

Containerd与Kubernetes的通信桥梁：CRI插件

Containerd通过内置的CRI（容器运行时接口）插件与Kubernetes进行通信。CRI是Kubernetes定义的容器运行时接口标准，允许kubelet与各种容器运行时交互，而无需关心底层实现细节。

CRI插件架构展示了Kubelet如何通过CRI与Containerd通信 docs/cri/architecture.png

通信流程如下：

Kubelet通过gRPC调用CRI接口，请求创建Pod
CRI插件创建Pod的网络命名空间并使用CNI配置网络
CRI插件调用Containerd创建并启动"pause容器"（沙箱容器）
随后拉取应用容器镜像并在同一Pod命名空间中启动

DaemonSet的调度与Containerd的执行

当Kubernetes调度DaemonSet时，会在每个符合条件的节点上创建一个Pod。此时，Containerd负责：

拉取Pod中定义的容器镜像
为每个容器创建运行时环境
管理容器的生命周期（启动、停止、重启）
提供资源隔离和监控

这种分工使Kubernetes专注于集群级调度和管理，而Containerd则处理节点级的容器运行时细节，实现了高效的协同工作。

实战部署指南

环境准备：安装Containerd与Kubernetes

安装Containerd

首先从官方仓库克隆代码：

git clone https://gitcode.com/GitHub_Trending/co/containerd
cd containerd

按照BUILDING.md文档编译和安装：

make
sudo make install

配置Containerd作为Kubernetes运行时

编辑Containerd配置文件：
```
sudo mkdir -p /etc/containerd
containerd config default | sudo tee /etc/containerd/config.toml
```
按照docs/cri/config.md中的指南配置CRI插件。

启动Containerd服务

sudo systemctl enable containerd
sudo systemctl start containerd

部署示例：节点监控代理

以下是一个使用DaemonSet部署Prometheus Node Exporter的示例，展示了如何在整个集群中实现节点级监控：

apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:
  name: node-exporter
  namespace: monitoring
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: node-exporter
  template:
    metadata:
      labels:
        app: node-exporter
    spec:
      containers:
      - name: node-exporter
        image: prom/node-exporter:v1.3.1
        ports:
        - containerPort: 9100
          hostPort: 9100
          name: metrics
        volumeMounts:
        - name: proc
          mountPath: /host/proc
          readOnly: true
        - name: sys
          mountPath: /host/sys
          readOnly: true
      volumes:
      - name: proc
        hostPath:
          path: /proc
      - name: sys
        hostPath:
          path: /sys
      hostNetwork: true
      hostPID: true

这个DaemonSet配置确保了：

在每个节点上运行一个node-exporter实例
使用hostNetwork直接暴露节点网络
挂载主机的/proc和/sys目录以收集系统指标
容器以只读方式访问主机文件系统，提高安全性

验证部署状态

使用kubectl检查DaemonSet部署状态：

kubectl get daemonset -n monitoring node-exporter
kubectl get pods -n monitoring -o wide

使用Containerd CLI检查容器运行状态：

ctr -n k8s.io containers ls | grep node-exporter

性能优化与最佳实践

Containerd运行时优化

选择合适的快照器

Containerd支持多种快照器，如overlayfs、btrfs和devicemapper。根据你的存储环境选择最佳选项：
```
# 在/etc/containerd/config.toml中配置
[plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".containerd]
  snapshotter = "overlayfs"
```
更多信息请参考docs/snapshotters目录下的文档。

镜像缓存策略

配置镜像缓存以加速DaemonSet部署：

[plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".registry]
  [plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".registry.mirrors]
    [plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".registry.mirrors."docker.io"]
      endpoint = ["https://registry-1.docker.io"]

详细配置指南见docs/hosts.md。

DaemonSet管理最佳实践

资源限制与请求

为DaemonSet Pod设置适当的资源限制，避免影响节点性能：

resources:
  limits:
    cpu: 100m
    memory: 256Mi
  requests:
    cpu: 50m
    memory: 128Mi

节点亲和性与污点容忍

精确控制DaemonSet在哪些节点上运行：

affinity:
  nodeAffinity:
    requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      nodeSelectorTerms:
      - matchExpressions:
        - key: disk
          operator: In
          values:
          - ssd
tolerations:
- key: node-role.kubernetes.io/master
  effect: NoSchedule

滚动更新策略

配置DaemonSet的滚动更新，确保更新过程不影响服务可用性：
```
updateStrategy:
  type: RollingUpdate
  rollingUpdate:
    maxUnavailable: 1
```

常见问题与解决方案

镜像拉取失败

问题：DaemonSet Pod卡在ImagePullBackOff状态。

解决方案：

检查Containerd的镜像仓库配置：

cat /etc/containerd/config.toml | grep registry

手动测试镜像拉取：

ctr image pull docker.io/prom/node-exporter:v1.3.1

参考docs/hosts.md配置私有仓库认证。

资源冲突

问题：多个DaemonSet在节点上争夺资源。

解决方案：

使用资源限制确保公平分配

实现优先级调度：

priorityClassName: system-node-critical

考虑使用节点亲和性分散负载

网络问题

问题：DaemonSet Pod无法与集群内其他服务通信。

解决方案：

检查CNI插件状态，确保使用兼容的网络插件：
```
ctr -n k8s.io task ls | grep cni
```
参考docs/cri/network.md配置网络

总结与展望

通过Containerd与Kubernetes DaemonSet的结合，我们可以高效地管理节点级容器部署。这种方案不仅确保了服务在所有节点的一致性运行，还通过Containerd的轻量级设计和强大功能优化了资源利用。

随着容器技术的发展，我们可以期待更多创新：

Containerd的性能持续优化，特别是在镜像拉取和存储方面
DaemonSet的调度策略更加灵活，支持更复杂的节点选择逻辑
增强的安全性特性，如镜像验证和运行时隔离

要深入了解Containerd的更多功能，请参考以下资源：

官方文档：docs/
CRI插件开发指南：docs/cri/
社区案例：ADOPTERS.md

希望本文能帮助你更好地利用Containerd和DaemonSet解决节点级容器部署挑战。如果觉得本文有用，请点赞收藏，并关注后续关于容器运行时优化的深入探讨！

创作声明：本文部分内容由AI辅助生成（AIGC），仅供参考