K8S最全详解 - 智慧园区

K8S

K8S，全程是“Kubernetes”，是一个开源的容器编排平台，用于自动化应用的 部署、扩展和管理。

K8S，最早由 Google 开发，后捐赠给 CNCF，如今已经成为 云原生领域的事实标准。

 

K8S 解决了在生产环境中管理大量容器的复杂性。

K8S 不仅是容器管理工具，更是一套用于构建云原生平台的基础设施。

K8S，把运维复杂度转化为可声明、可自动化管理的体系。

 

K8S架构

K8S 采用 主从架构（Master-Node 架构），如下图所示：

 

Master 节点（控制平面 Control Plane）：负责集群的管理与调度，相当于“大脑”。

Node 节点（工作节点 Worker Node）：运行实际的容器化应用，相当于“手脚”。

 

K8S原理

所有组件通过一个统一的 API Server 进行通信，集群的当前状态和期望状态则存储在一个叫做 Etcd 的分布式数据库中。

1.API Server

API Server：这是 K8S 的核心前端。

所有内部和外部组件（如 kubectl 命令、Kubelet）都必须通过它来与集群交互。

如下图所示：

 

特点：无状态、可水平扩展（通过负载均衡器对外暴露多个实例）。

集群的唯一入口，提供 RESTful API。

负责认证、鉴权、准入控制、资源...等等变更通知。

 

2. Scheduler

负责 Pod 调度，决定 Pod 运行在哪个 Node 节点。

调度过程包括过滤（筛选可用节点）、打分（选择最优节点）、绑定（分配 Pod）。

 

3. Controller Manager

负责多种控制循环（Control Loop），如节点控制器、复制控制器、端点控制器等。

 

例如，Deployment Controller ：负责确保 Pod 的副本数量，始终符合你设置的数量。

 

4. etcd

分布式一致性键值存储，保存集群的持久化状态（所有 API 对象）。

提供强一致性（Raft 协议），对高可用控制面至关重要。

 

5.kubelet

Kubelet：这是每个节点上的核心代理。

它与主节点上的 API Server 通信，接收 Pod 的配置清单，并确保这些 Pod 中描述的容器在节点上运行和健康。

 

它还负责向 API Server 报告节点和 Pod 的状态。

 

6.kube-proxy

Kube-proxy：这是一个网络代理，负责管理节点上的网络规则。

它确保 Service 的请求能够正确地路由到后端的 Pod 上，实现 Pod 之间的网络通信和负载均衡。

 

7.容器运行时（Container Runtime）

 

Container Runtime（容器运行时）：这是真正运行容器的引擎。Kubelet 依赖它来创建、启动和停止容器。

最常见的容器运行时是 Docker，但现在也支持 containerd 和 CRI-O 等。

 

K8S工作流程

整体工作流程，如下：

 

用户通过 kubectl 或 API Server 提交应用配置。

Master 组件（Scheduler、Controller Manager）做决策并存储状态（etcd）。

Node 节点上的 Kubelet 执行任务，启动 Pod 并汇报状态。

Kube-Proxy 负责服务发现与负载均衡，保证 Pod 可访问。