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在本文中，我們將深入探討 Kube.NETes 架構，并探討其關鍵組件。

一個 Kubernetes 集群由兩個主要組件組成：

控制平面節點
工作節點

控制平面

控制平面是 Kubernetes 集群的“大腦”，它協調和編排各種組件，以確保系統的期望狀態得以實現和維護。控制平面進一步包括以下組件：

1. Kube-API 服務器

API 服務器是控制平面的中央管理點，它暴露 Kubernetes API，客戶端可以使用該 API 與集群進行交互。因此，當我們使用 kubectl 管理集群時，實際上是通過 HTTP REST API 與 API 服務器進行通信。kube-api 服務器負責以下任務：

API 管理：公開集群 API 端點并處理所有 API 請求。
身份驗證(使用客戶端證書、令牌和 HTTP 基本身份驗證)和授權(ABAC 和 RBAC 評估)。
處理 API 對象(如 pod、service 等)的API 請求和數據驗證。
與 etcd 通信以存儲狀態和配置。
API 服務器協調控制平面和工作節點組件之間的所有進程。

2. etcd

etcd 是 Kubernetes 使用的分布式鍵值存儲，用于存儲集群的配置數據和資源的期望狀態。Kube-API 服務器使用 etcd 的觀察功能來跟蹤對象狀態的更改。它是控制平面中的唯一有狀態組件，負責以下任務：

作為集群的唯一真相來源，確保一致性和數據持久性。
充當后端服務發現和數據庫。
存儲 Kubernetes 對象(如 pod、secret、daemon set、deployment、config map、stateful set 等)的所有配置、狀態和元數據。
在鍵值對格式的 /registry 目錄鍵下存儲所有對象。例如，在默認命名空間下名為 Nginx 的 pod 的信息可以在 /registry/pods/default/nginx 下找到。

3. Kube-scheduler

Kube-scheduler 負責在工作節點上調度 pod。當我們創建一個 pod 并將其提交到 API 服務器時，調度程序會自動獲取 pod，根據可用資源和調度規則評估節點，并將 pod 分配給適當的節點。

根據約束和可用資源確定每個 pod 在調度隊列中的有效放置節點。
然后，調度程序對每個有效節點進行排名，并將 pod 綁定到合適的節點。集群中可以使用多個不同的調度程序;kube-scheduler 是參考實現。
當我們部署一個 pod 時，我們指定了 pod 的要求，如CPU、內存、親和性、污點或容忍性、優先級、持久卷等。
Kubernetes 允許用戶使用自定義調度程序配置來開發自己的自定義調度程序。

4. Kube Controller 管理器

kube-controller-manager 是一個關鍵組件，運行著負責維護集群的期望狀態和管理系統不同方面的各種控制器。

每個控制器關注于集群管理的特定領域，自動化任務，確保資源的實際狀態與期望狀態相匹配。

以下是重要的內置 Kubernetes 控制器列表：

Node Controller：負責監控集群中的節點狀態。它會檢測節點故障并啟動操作以替換失敗的節點或將 pod 重新調度到健康的節點。
Replication Controller：確保 pod 的指定副本數始終運行。根據需要創建或終止 pod 以維護所需的副本計數。
Deployment Controller：擴展了 Replication Controller 的功能，允許您以聲明性方式定義和管理應用程序部署。它支持滾動更新、回滾和擴展。
StatefulSet Controller：通過確保穩定和有序的擴展和升級，管理有狀態應用程序。它為每個 pod 分配唯一的網絡標識，并在重新調度時保持其標識。
**Daemon

Set Controller**：確保在所有或一部分節點上運行特定 pod 的副本。通常用于任務，如節點監視代理或網絡組件。

Job Controller：管理批處理作業，確保特定任務或作業的完成次數達到了指定的要求。
CronJob Controller：允許您使用類似于 cron 的語法在指定間隔內調度任務。它根據定義的計劃創建作業。
Namespace Controller：確保集群中的每個命名空間都具有一組相應的資源，并強制資源隔離。
Service Account 和 Token Controller：自動為命名空間中的 pod 創建默認帳戶和訪問令牌。
Service Controller：監視服務和端點，并根據創建、刪除或重新調度 pod 的情況更新它們。
Endpoint Controller：維護 endpoint 對象，根據標簽選擇器將服務與 pod 匹配。

5. 云控制器管理器 (CCM)

當 Kubernetes 部署在云環境中時，云控制器管理器充當 Kubernetes 集群和云平臺 API 之間的橋梁。它管理 Kubernetes 使用的云特定資源的生命周期。

(1)它從主 Kubernetes 控制平面中卸載了云特定的控制循環和功能，減少了其復雜性，使其更易于維護和擴展。

(2)它托管各種云特定控制器，負責管理特定于云提供商的資源。這些控制器包括：

Node Controller：管理 Kubernetes 節點與云實例之間的交互，處理節點的生命周期操作，如創建、刪除和調整大小。
Route Controller：處理服務的云特定網絡配置，例如創建負載均衡器或管理 IP 地址。
Volume Controller：與云存儲服務集成，以云特定方式提供和管理持久卷。
Service Controller：與云提供商的負載均衡器服務互動，以創建、管理和更新 Kubernetes 服務的負載均衡器。

(3)CCM 管理云資源，確保它們與 Kubernetes 資源定義的期望狀態相匹配。例如，它可能根據縮放要求創建或釋放云實例。

(4)它與云提供商的 API 進行通信，執行操作，例如創建實例、配置網絡、管理存儲資源等。

(5)它確保適當管理安全設置和憑據，與云服務交互時進行管理。

工作節點

工作節點負責運行容器化應用程序。它包括以下組件。

kubelet
kube-proxy
容器運行時

1. Kubelet

Kubelet 是 Kubernetes 控制平面和節點上運行的容器之間的關鍵橋梁，確保集群的期望狀態得以實現和維護。

它在集群中的每個節點上運行一個代理組件，以將節點的狀態和資源利用率報告給 Kubernetes 控制平面。它不以容器形式運行，而是由 systemd 管理的守護程序。

以下是 kubelet 的主要功能和職責：

節點代理：kubelet 充當每個節點上的代理，將節點的狀態和容器的健康狀況報告給 Kubernetes 控制平面。
健康監控：kubelet 連續監控 pod 中的容器的健康狀況。如果容器崩潰或變得不健康，kubelet 會采取適當的措施，如重新啟動容器或整個 pod。
Pod 管理：kubelet 管理節點上 pod 的狀態。它確保根據從 Kubernetes API 服務器接收的 pod 定義，指定的 pod 正在運行且健康。
Pod 網絡：kubelet 與網絡插件協作，為節點上的 pod 設置網絡。它為 pod 分配 IP 地址，并確保容器可以相互通信以及與外部世界通信。
卷管理：kubelet 管理 pod 定義中指定的卷，根據需要附加和分離卷。它確保數據持久性并允許容器訪問共享存儲。
資源管理：kubelet 強制執行 pod 定義中指定的資源約束，確保容器不會超出分配的 CPU 和內存限制。它還處理對 CPU 和內存等資源的請求。
驅逐和清理：當節點上的資源變得稀缺時，kubelet 可以根據預定義的策略從 pod 中驅逐 pod，以釋放資源。它還在 pod 終止時清理任何剩余的資源。
節點注冊：kubelet 向 Kubernetes 控制平面注冊節點，使控制平面能夠知道可用于調度 pod 的節點。

2. Kube 代理

Kube 代理，即 Kubernetes 代理，是運行在 Kubernetes 集群中每個節點上的網絡代理。其主要功能是管理 pod 和服務之間的網絡通信，為容器化應用程序提供可靠和一致的網絡環境。它負責以下任務：

服務發現：Kube 代理負責在集群內啟用服務發現。它根據服務規范中定義的標簽和選擇器，維護網絡規則，將請求從服務轉發到適當的 pod。
負載均衡：Kube 代理為具有多個副本或實例的服務實施負載均衡。它將傳入請求分發給與服務的選擇條件相匹配的可用 pod。
網絡地址轉換(NAT)：Kube 代理對出站流量執行網絡地址轉換(NAT)。這確保來自 pod 的流量看起來是從主機的 IP 地址發出的，從而允許外部系統正確響應。
ClusterIP 服務：對于 ClusterIP 服務(僅在集群內部可訪問)，Kube 代理設置 IPTables 規則，將流量轉發到根據其標簽選擇器匹配的正確 pod。
NodePort 服務：Kube 代理配置主機的防火墻，以將傳入流量轉發到 NodePort 服務的適當 pod。這允許使用每個節點上的靜態端口外部訪問服務。
高可用性：Kube 代理致力于確保服務的高可用性。如果 pod 不可用或添加/刪除了，Kube 代理會自動更新網絡配置以正確路由流量。
健康檢查：Kube 代理監視與服務相關的端點和 pod 的健康狀況。如果 pod 變得不健康，Kube 代理停止轉發流量。