KubeVirt核心架构解析：virt-controller、virt-handler、virt-api工作原理
项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/ku/kubevirt KubeVirt是一个开源的Kubernetes插件，它扩展了Kubernetes的能力，让您能够在容器环境中无缝运行和管理虚拟机。作为Kubernetes虚拟化API和运行时，KubeVirt通过三个核心组件virt-controller、virt-handler和virt-api实现了虚拟机与容器的完美融合。
KubeVirt架构概览
KubeVirt采用面向服务的架构和编排模式，将虚拟化功能无缝集成到Kubernetes生态系统中。整个系统构建在Kubernetes之上，充分利用了Kubernetes的调度、网络和存储能力，同时通过自定义资源定义（CRD）来管理虚拟机实例。
KubeVirt架构图
技术栈层次结构
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| KubeVirt |
| Orchestration (K8s) |
| Scheduling (K8s) |
| Container Runtime |
| Operating System |
| (Virtual) |
| Physical |
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virt-api：虚拟化API网关
virt-api是KubeVirt的入口点，作为HTTP API服务器处理所有与虚拟化相关的请求流。这个组件负责：
- 验证和默认值设置：确保提供的VMI CRD符合规范要求
- 资源更新：管理虚拟化相关的自定义资源定义
- API路由：作为主要入口点转发虚拟化请求
virt-api服务器位于cmd/virt-api目录，它确保所有虚拟化请求都经过正确的验证和处理流程。
virt-controller：集群级控制器
virt-controller承担着集群范围内的虚拟化功能，主要职责包括：
核心功能
- VMI监控：持续监视VMI自定义资源的状态变化
- Pod生命周期管理：为每个VMI对象创建和管理对应的Pod
- 状态协调：确保VMI对象与其关联Pod的状态一致性
工作流程
当用户创建新的VMI定义时：
- virt-controller检测到新的VMI对象创建
- 自动创建对应的Pod资源
- 监控Pod调度状态并更新VMI的nodeName字段
virt-controller的代码实现位于pkg/virt-controller包中，它通过Kubernetes的watch机制实时响应VMI资源变化。
virt-handler：节点级守护进程
virt-handler以DaemonSet形式部署在集群的每个节点上，负责节点特定的虚拟化逻辑。
主要职责领域
- 域同步：保持集群级VMI规范与对应libvirt域的同步
- 状态报告：向集群报告域状态和规范变更
- 插件调用：执行满足VMI规范中定义的网络和存储需求的节点中心插件
KubeVirt组件交互图
虚拟机创建流程详解
让我们通过一个完整的VMI创建流程来理解三个组件的协同工作：
步骤1：API请求处理
用户通过virt-api提交VMI定义，Kubernetes API服务器验证输入并创建VMI自定义资源。
步骤2：控制器响应
virt-controller观察到新的VMI对象创建，立即创建对应的Pod资源。
步骤3：Pod调度
Kubernetes调度器将Pod分配到合适的节点上运行。
步骤4：节点处理
virt-handler检测到VMI被分配到其所在节点，执行必要的操作来启动虚拟机。
virt-launcher：虚拟机启动器
每个VMI对象都会创建一个专用的Pod，该Pod的主容器运行virt-launcher组件：
- 提供隔离环境：为VMI进程提供cgroups和命名空间
- 生命周期管理：使用本地libvirtd实例启动VMI
- 信号转发：将Kubernetes信号转发给VMI进程
存储与网络集成
KubeVirt深度集成Kubernetes的存储和网络能力：
存储集成
- 利用Kubernetes的存储卷挂载机制
- 支持多种存储后端和卷类型
- 通过存储控制器准备虚拟机磁盘
网络集成
- VMs与Pods共享同一网络
- 支持Service和NetworkPolicy
- 集成多网络接口和高级网络功能
实际应用场景
KubeVirt的核心架构设计使其在以下场景中表现出色：
- 传统应用迁移：将现有虚拟机工作负载迁移到Kubernetes平台
- 混合部署：在同一集群中同时运行容器和虚拟机
- 开发测试环境：为开发团队提供一致的部署环境
通过virt-controller、virt-handler和virt-api三个核心组件的紧密协作，KubeVirt成功地将虚拟化管理能力融入Kubernetes生态系统，为用户提供了统一的应用部署和管理体验。
这种架构设计不仅保留了虚拟机的完整功能特性，还充分利用了Kubernetes的自动化运维能力，真正实现了"虚拟机的Kubernetes原生体验"。
创作声明：本文部分内容由AI辅助生成（AIGC），仅供参考
