Module 02 · Kubernetes Basics
Kubernetes ArchitectureKubernetes 架构详解
学习目标
观看完本视频后，你将能够：
- ✅ 识别 Kubernetes 架构的主要组成部分
- ✅ 识别 控制平面（Control Plane） 的组成部分
- ✅ 识别 工作平面（Worker Plane） 的组成部分
一、Kubernetes 集群概述
Kubernetes 部署 = 一个 Kubernetes 集群（Cluster）
- Kubernetes 集群：是一组运行容器化应用的节点（Nodes）组成的集群。
- 每个集群包含：
- 一个主节点（Master Node） → 即 控制平面（Control Plane）
- 一个或多个工作节点（Worker Nodes）
🧭 控制平面 负责维护集群的“预期状态”，通过决策与响应事件来调节系统运行。
💡 类比：
控制平面就像一个“恒温器（Thermostat）”，用户设定温度，系统自动调节加热或制冷，以维持目标状态。
例如：
- 决策示例：控制平面为新创建的工作负载进行调度。
- 事件响应示例：在应用部署时创建新资源。
二、控制平面（Control Plane）组件
控制平面是 Kubernetes 的“大脑”，负责全局决策与状态管理。其主要组件包括：
1kube-apiserver（API 服务器）
- 暴露 Kubernetes API，是整个系统的前端接口。
- 所有集群内外通信均通过此 API 进行。
- 接收命令（如查看或更改集群状态）。
- 支持 水平扩展：可运行多个实例并实现负载均衡。
2etcd
- 高可用的 分布式键值存储，保存整个集群的所有数据。
- 定义了 Kubernetes 集群的 “期望状态”。
- 当部署应用时，相关配置会被存储在 etcd 中。
- 系统通过对比实际状态与期望状态来自动修正偏差。
3kube-scheduler（调度器）
- 负责将新创建的 Pod 分配到合适的节点上。
- 根据节点资源、调度策略和配置参数选择最优节点。
- 决定“工作负载应该运行在哪里”。
4kube-controller-manager（控制器管理器）
- 运行所有控制器进程，监控集群状态。
- 保证集群的实际状态与预期状态一致。
5cloud-controller-manager（云控制器管理器）
- 管理与底层云提供商的交互逻辑。
- 将 Kubernetes 集群与云提供商 API 进行对接。
- 允许 Kubernetes 与云平台各自独立演化，无需相互依赖。
🧠 总结：
控制平面 ≈ 决策中心 + 监控与修正机制。
三、工作平面（Worker Plane）组件
工作节点（Worker Node） = 运行用户应用和必要系统服务的机器。
可为虚拟机（VM）或物理机（Bare Metal）。
每个节点由控制平面统一管理，包含运行应用所需的核心服务。
1 Pods（容器组）
- Kubernetes 中 最小的可部署实体。
- 每个 Pod 可包含一个或多个容器（Containers）。
- 容器共享节点资源（CPU、内存、网络等）并可相互通信。
2 kubelet（节点代理）
- 工作节点中 最重要的组件。
- 与 kube-apiserver 通信，接收 Pod 的规格说明。
- 确保 Pod 及其容器按期望状态运行。
- 负责：
- 监控容器运行状态；
- 向控制平面汇报健康状况；
- 在需要时创建、重启或终止容器。
3 容器运行时（Container Runtime）
- 负责拉取镜像、创建并运行容器。
- Kubernetes 提供 CRI（Container Runtime Interface） 接口，支持可插拔实现。
- 常见运行时：
- 🐳 Docker（最知名）
- ⚙️ Podman
- 🔩 CRI-O
4 kube-proxy（网络代理）
- 每个节点上运行的网络代理服务。
- 维护网络规则，允许节点间 Pod 的通信。
- 实现集群内外部访问与负载均衡。
四、架构总结对照表
| 层级 | 主要组件 | 功能描述 |
|---|---|---|
| 控制平面（Control Plane） | kube-apiserver | 集群 API 接口，统一通信入口 |
| etcd | 集群状态的分布式数据库 | |
| kube-scheduler | 工作负载调度 | |
| kube-controller-manager | 状态控制器管理 | |
| cloud-controller-manager | 云资源控制与集成 | |
| 工作平面（Worker Plane） | Nodes | 运行用户应用的计算资源 |
| Pods | 最小部署单元 | |
| kubelet | 节点代理与状态汇报 | |
| Container Runtime | 镜像与容器运行环境 | |
| kube-proxy | 网络代理与流量管理 |
五、课程要点回顾
- 控制平面（Control Plane）
- 做出全局决策（如调度、扩缩容）。
- 包含：API Server、Controller、Scheduler、etcd、Cloud Controller Manager。
- 工作平面（Worker Plane）
- 承载应用与工作负载。
- 包含：Node、kubelet、Container Runtime、kube-proxy。
💬 一句话总结：
Kubernetes 架构由控制平面与工作平面共同构成。控制平面负责“大脑决策”，工作平面承担“执行任务”。二者协作，实现高效、自动化的容器化应用运行。 🚀