Kubernetes 架構與組件

控制平面（Control Plane）和節點（Node）的深入解析

Kubernetes 是一個功能強大的容器編排平台，擁有複雜且靈活的架構。理解其核心架構和組件，對於有效管理和操作 Kubernetes Cluster 至關重要。在本文中，我們將深入介紹 Kubernetes 的控制平面（Control Plane）和節點（Node）的詳細內容。

Kubernetes 架構概述

下圖來自官方網站，展示了 Kubernetes 的架構：

Kubernetes 的架構主要分為兩個部分：控制平面（Control Plane）和節點（Node）。控制平面負責 Cluster 的整體管理與控制，而節點則負責運行應用容器。

控制平面（Control Plane）

控制平面是 Kubernetes 的核心，負責管理 Cluster 的所有活動，包括調度、維護和監控。控制平面由以下主要組件組成：

1. API 伺服器（API Server）
   API 伺服器是 Kubernetes 的核心組件，負責處理 Cluster 的所有 RESTful API 請求。它作為所有操作的入口，協調其他組件的工作。

   • 功能：處理並驗證 REST API 請求，並將請求轉發至相應的組件。
   • 組件：kube-apiserver
   • 通訊：所有的 kubectl 命令、儀表板請求以及其他操作都通過 API Server 進行。

2. etcd
   etcd 是一個高可用的分佈式鍵值儲存，用於保存 Kubernetes Cluster 的所有狀態資料。

   • 功能：儲存 Cluster 設定資料和狀態資訊，如 Pod、Service、ConfigMap 等。
   • 組件：etcd
   • 重要性：etcd 資料的安全性與一致性對 Kubernetes Cluster 的正常運行至關重要。

3. 控制器管理器（Controller Manager）
   控制器管理器運行各種控制迴圈，監控 Cluster 狀態並進行自動化調整，以達到預期狀態。

   • 功能：負責維持 Cluster 的期望狀態，包括副本控制、節點控制和端點控制等。
   • 組件：kube-controller-manager
   • 常見控制器：
     • 副本控制器（ReplicationController）
     • 節點控制器（NodeController）
     • 端點控制器（EndpointsController）

4. 調度器（Scheduler）
   調度器根據資源需求和調度策略，將 Pod 分配至合適的節點。

   • 功能：監控新創建且未分配節點的 Pod，並根據資源需求和調度策略選擇最佳節點。
   • 組件：kube-scheduler

節點（Node）

節點是 Kubernetes Cluster 中的工作負載單位，負責運行實際的應用容器。每個節點上運行以下主要組件：

1. Kubelet
   Kubelet 是每個節點上的主要代理，負責與控制平面進行通訊並管理 Pod 的生命周期。

   • 功能：接收並執行 API Server 的指令，管理 Pod 和容器。
   • 組件：kubelet

2. Kube-proxy
   Kube-proxy 是網路代理，負責實現 Kubernetes Service 的網路功能，包括負載平衡和網路轉發。

   • 功能：管理網路規則，確保 Pod 之間的通訊以及外部存取。
   • 組件：kube-proxy

3. Container Runtimes
   Container Runtimes（如 Docker 或 containerd）負責運行和管理容器。

   • 功能：運行和管理應用容器。
   • 常見運行時：Docker, containerd

節點的運作過程

1. 接收調度請求：調度器將 Pod 分配至節點後，API 伺服器會通知該節點的 Kubelet。
2. 創建和管理 Pod：Kubelet 根據 Pod 定義，通過容器運行時創建並運行容器。
3. 設定網路：Kube-proxy 設定網路規則，確保 Pod 之間以及外部的通訊。
4. 監控和報告：Kubelet 持續監控 Pod 狀態並向 API 伺服器報告。

總結

Kubernetes 的架構由控制平面和節點組成，控制平面負責 Cluster 的管理與控制，而節點則負責運行應用容器。通過理解這些核心組件及其功能，我們可以更好地管理與優化 Kubernetes Cluster。這些知識將為後續的學習與實踐奠定堅實的基礎。