Kubernetes 架构

K8s架构|全面整理K8s的架构介绍 K8S架构与核心技术介绍 参考文献: https://jimmysong.io/kubernetes-handbook/concepts/concepts.html https://www.infoq.cn/article/kubernetes-and-cloud-native-applications-part01/ 文章目录K8S架构与核心技术介绍1. 架构图1.1 整体结构图1.2 组件间的协议1.3 master与node架构图1.4 分层架构图2. K8s核心技术概念2.1 API对象2.2 阅读详情

一、Kubernetes 架构分层解析

整个架构可以分为三层:

1️⃣ 控制平面(Control Plane)

包括以下关键组件:

组件作用
API Server所有组件交互的统一入口,负责接收来自 kubectl、web UI 或其他组件的请求。它是整个集群的“前门”。
etcd分布式键值存储,用来保存所有集群状态数据(包括节点信息、Pod 定义、副本数、配置等)。API Server 会将集群的状态写入或读取 etcd。
Scheduler负责调度 Pod —— 即决定“哪个 Pod 运行在哪个 Node 上”。调度依据包括资源、亲和性、污点/容忍等策略。
Controller Manager(或 replication controller)负责集群状态的“自愈”与“期望状态保持”。当实际状态与期望状态不符时,会创建或删除 Pod、Service 等资源以达到目标。

2️⃣ 节点层(Node Layer)

每个 Node(工作节点)都运行以下关键组件:

组件作用
kubelet负责与 API Server 通信,根据指令创建或销毁 Pod,监控容器状态,并上报节点资源使用情况。
kube-proxy管理节点上的网络规则,确保服务间的负载均衡和网络访问。
Pod(容器组)最小的调度单元,一个 Pod 内可包含一个或多个容器。

3️⃣ 用户访问层

组件说明
kubectl命令行工具,用于与 API Server 通信,提交配置、查看状态。
Web UI (Dashboard)图形化管理界面。
Internet / Firewall指外部访问流量或安全层。

✅ 二、Kubernetes 的工作流程(按图中箭头顺序)

1️⃣ 用户发出请求

用户通过 kubectl 或 Web UI 提交一个 YAML 清单(例如定义了一个 Deployment,指定需要运行 3 个副本的 Nginx Pod)。

2️⃣ API Server 接收请求

API Server 作为入口,验证请求合法性并将资源信息写入 etcd。

3️⃣ Controller Manager 监控状态

Controller Manager 监控 etcd 中的数据,发现“期望副本数为3,但实际为0”,于是会创建 3 个新的 Pod 对象。

4️⃣ Scheduler 负责调度

Scheduler 负责为这些待创建的 Pod 选择合适的 Node(根据资源负载、亲和性、污点等规则)。

5️⃣ Node 执行任务

每个 Node 上的 kubelet 接收到调度结果后,通过容器运行时(如 containerd、Docker)真正创建出容器。

6️⃣ kube-proxy 处理网络

kube-proxy 更新 iptables/ipvs 规则,实现 Pod 与 Service 之间的通信和负载均衡。

7️⃣ 状态反馈

各 Node 将 Pod 运行状态上报给 API Server,Controller Manager 持续监控并维持系统的期望状态。


⚠️ 三、你原理解中的小问题与补充建议

问题 / 不足修正 / 补充说明
你提到 “scheduler 进行任务调用,将任务分给不同 node”✅ 基本正确,但 scheduler 并不直接“执行任务”,它只做“调度决策”,告诉 kubelet 哪个 Pod 该在哪个节点运行。实际创建容器的动作由 kubelet 执行。
“api server 将请求写入 etcd”✅ 正确。需要补充:API Server 同时也负责认证、授权、数据校验和变更通知(watch机制)。
“replication controller 用于维护副本数”✅ 对的,但更准确地说,现在推荐使用 ReplicaSet / Deployment 来管理副本。ReplicationController 已逐渐被替代。
“scheduler、controller 等组件都在一个 node 中”❌ 不完全准确。控制平面(包含 scheduler/controller/api-server/etcd)通常运行在 Master 节点(现在称为 Control Plane Node),而不是普通 node 上。
“改写 Pod 的数量”✅ 思路对,但 RC/ReplicaSet 实际上是通过修改 YAML 定义中的 replicas 字段,从而触发控制器调整 Pod 数量。

✅ 四、总结一句话流程

用户通过 kubectl → API Server 接收请求并写入 etcd → Controller 发现期望状态与实际状态不符 → Scheduler 选择节点 → kubelet 在节点上启动 Pod → kube-proxy 管理通信 → 系统持续自愈与同步状态。

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