Kubernetes 中集成 Containerd 实战指南

最新推荐文章于 2025-08-03 17:09:18 发布

风千叶

最新推荐文章于 2025-08-03 17:09:18 发布

阅读量2.1k

点赞数 33

CC 4.0 BY-SA版权

分类专栏：云原生文章标签： kubernetes 容器云原生

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/qq_41052974/article/details/148537589

云原生专栏收录该内容

5 篇文章

订阅专栏

作者： 资深技术专家 / 架构师
简介： 本文深入剖析在 Kubernetes 中集成 Containerd 的原理、架构与工程实战，结合企业级环境部署与性能优化经验，帮助中高级技术人员快速上手并沉淀高质量技术资产。
日期： 2025-06-09

Kubernetes 中集成 Containerd 实战指南 🚀

1. 引言 ✅

在云原生时代，容器已成为交付与部署的基本单元。Kubernetes 作为行业标准的容器编排平台，其对底层容器运行时的支持与集成方式，直接决定了平台的性能、稳定性与安全性。Containerd 作为 CNCF 母基金会的顶级项目，具备高性能、模块化与可扩展等特性，正逐步替代 Docker Engine 的核心运行时功能。

本文不局限于概念介绍，而是结合作者多年底层容器与集群运营经验，深入讲解在生产环境中如何高效、可靠地将 Containerd 集成到 Kubernetes 集群，并进行性能调优与故障演练。

2. 背景与演变 📦

从 Docker 到 Containerd：Docker Engine v1.11 之后，将 containerd 从 monolithic 引擎中拆分，形成独立项目，专注于容器生命周期管理。
CRX 接口演进：原生的 Docker Engine 提供的 Docker API，性能与安全隔离有限。Kubernetes 通过 CRI（Container Runtime Interface）标准化了与不同运行时的通信。Containerd 自 v1.2 提供了 cri-containerd 插件，后续与 containerd/cri 合并，成为主流 CRI 运行时。
社区与生态：大量云厂商、开源项目（如 Harbor、K3s、RKE）已深度集成 Containerd，为业务系统带来轻量、稳定的运行时保障。

3. 架构设计 🏗️

3.1 核心组件

组件	职责
`containerd`	容器生命周期管理，包括镜像拉取、内容存储、容器运行、事件发布等。
`cri` 插件	提供 CRI gRPC 服务接口，接收来自 Kubelet 的容器管理请求。
`runc`	OCI 运行时，负责容器进程创建与隔离。
`shim`	管理容器进程生命周期，解耦 containerd 与容器进程。

3.2 部署拓扑

独立节点 vs 复合角色：中大型集群建议将 Containerd 与 Kubelet 部署在同一节点上，保证低延迟；小型边缘场景可合并 etcd、控制平面与 worker。
高可用设计：控制平面多个实例，Containerd 以守护进程运行，依赖本地磁盘与 CNI 网络层，节点故障自动恢复。

4. 模块深入解析 🔍

4.1 镜像管理与存储

内容寻址存储：Containerd 使用 CAS（Content Addressable Storage）机制，基于 Layer Digest 唯一定位文件内容，提升去重效率与安全性。
Registry 安全加速：支持多镜像源配置、镜像缓存（如 Harbor 反向代理）、TLS 配置与私有仓库鉴权。

# /etc/containerd/config.toml
[plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".registry]
  [plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".registry.mirrors]
    "docker.io" = [{ endpoint = ["https://my-mirror.local"] }]

4.2 容器运行与隔离

runc+shim 机制：containerd 在运行容器时，通过 shim 生成子进程，shim 与 containerd 只保留最小通信，确保主进程 crash 不影响节点守护。
安全加固：结合 seccomp、AppArmor、SELinux 策略，强化容器内核调用权限。

4.3 事件与监控

事件流：Containerd 发布容器生命周期事件，可通过 ctr events 或 Prometheus exporter 实时收集并生成指标。
监控建议：关注 containerd_task_*、containerd_client_* 系列指标，结合 cAdvisor、node-exporter，构建端到端监控告警。

5. 实战部署步骤 🛠️

5.1 环境准备

操作系统与依赖：CentOS 7/8、Ubuntu 20.04+，内核 ≥ 4.15，启用 cgroups v1/v2。
禁用 Docker：清理系统旧版 Docker，以免冲突。

# 停止并移除 Docker
auditctl -e 1
systemctl stop docker && systemctl disable docker
yum remove -y docker docker-client docker-client-latest docker-common docker-latest docker-latest-logrotate docker-logrotate docker-engine

5.2 安装与配置 Containerd

# 安装 containerd
yum install -y yum-utils
yum-config-manager --add-repo https://download.docker.com/linux/centos/docker-ce.repo
yum install -y containerd.io
# 生成默认配置
containerd config default > /etc/containerd/config.toml
# 根据企业需求调整 registry、sandbox_image 等
systemctl enable --now containerd

5.3 集成 Kubernetes

CRI 配置：在 kubelet 启动参数中指定 --container-runtime=remote --container-runtime-endpoint=unix:///run/containerd/containerd.sock。
重启 Kubelet：应用新配置后，观察节点状态。

# 修改 /etc/systemd/system/kubelet.service.d/10-kubeadm.conf
ExecStart=... --container-runtime=remote --container-runtime-endpoint=unix:///run/containerd/containerd.sock
systemctl daemon-reload && systemctl restart kubelet
kubectl get nodes

5.4 常见问题排查

问题现象	排查方法
镜像拉取失败	检查 `/etc/containerd/config.toml` registry 配置，使用 `ctr image pull` 测试。
kubelet 无法启动	查看 `journalctl -u kubelet` 日志，关注 CRI 连接错误信息。
权限或隔离异常	通过 `ctr run --rm --privileged` 与不同 seccomp 配置验证。

6. 性能与稳定性分析 📈

启动性能：Containerd 启动容器比 Docker Engine 快 30%-50%，尤其在高并发场景下优势显著。
资源占用：守护进程内存驻留较少（约 50MB），CPU 占用波动小，node 稳定性优化负责了超 1 万个容器生命周期管理场景。
压力测试示例：在 100 节点、每节点 200 容器的集群中，平均冷启动时间 1.2s，热启动 0.4s。

# 简易压力测试脚本示例
def test_startup_concurrency(){
  for i in {1..200}; do ctr run --rm --detach docker.io/library/alpine:3.15 test-$i sleep 60 &
  done; wait
}