K8s集群架构与高可用解析

基本工作过程

Kubernetes 的核心工作过程：

• 资源对象：Node、Pod、Service、Replication Controller 等都可以看作一种资源对象
• 操作：通过使用 kubectl 工具，执行增删改查
• 存储：对象的目标状态(预设状态)，保存在 etcd 中持久化储存;
• 自动控制：跟踪、对比 etcd 中存储的目标状态与资源的当前状态，对差异资源纠偏，自动控制集群状态。

Kubernetes 实际是：高度自动化的资源控制系统，将其管理的一切抽象为资源对象，大到服务器 Node 节点，小到服务实例 Pod。

Kubernetes 的资源控制是一种声明+引擎的理念：

• 声明：对某种资源，声明他的目标状态
• 自动：Kubernetes 自动化资源控制系统，会一直努力将该资源对象维持在目标状态。

架构(物理+逻辑)

Kubernetes 集群，是主从架构：

• Master：管理节点，集群的控制和调度
• Node：工作节点，执行具体的业务容器

下述几个组件，都是独立的进程，每个进程都是 Go 语言编写，实际部署 Kubernetes 集群，就是部署这些程序。

Master节点：

• kube-apiserver
• kube-controller-manager
• kube-scheduler
• Node节点：
• kubelet
• kube-proxy

具体，2 种角色的节点，需要运行的进程和职责不同，详细描述如下。

Master 管理节点：管理整个 Kubernetes 集群，接收外部命令，维护集群状态。

• apiserver： Kubernetes API Server
• 集群控制的入口
• 资源的增删改查，持久化存储到 etcd
• kubectl 直接与 API Server 交互，默认端口 6443。
• etcd: 一个高可用的 key-value 存储系统
• 作用：存储资源的状态
• 支持 Restful 的API。
• 默认监听 2379 和 2380 端口(2379提供服务，2380用于集群节点通信)(疑问：集群节点，是说 etcd 的集群? Master 集群?)
• scheduler： 负责将 pod 资源调度到合适的 node 上。
• 调度算法：根据 node 节点的性能、负载、数据位置等，进行调度。
• 默认监听 10251 端口。
• controller-manager: 所有资源的自动化控制中心
• 每个资源，都对应有一个控制器(疑问：作用是什么?)
• controller manager 管理这些控制器
• controller manager 是自动化的循环控制器
• Kubernetes 的核心控制守护进程，默认监听10252端口。(疑问：为什么有监听段口感?)

补充说明：

scheduler和controller-manager都是通过apiserver从etcd中获取各种资源的状态，进行相应的调度和控制操作。

Node 节点：Master 节点，将任务调度到 Node 节点，以 docker 方式运行;当 Node 节点宕机时，Master 会自动将 Node 上的任务调度到其他 Node 上。

• kubelet: 本节点Pod的生命周期管理，定期向Master上报本节点及Pod的基本信息
• Kubelet是在每个Node节点上运行agent
• 负责维护和管理所有容器：从 apiserver 接收 Pod 的创建请求，启动和停止Pod
• Kubelet不会管理不是由Kubernetes创建的容器
• 定期向Master上报信息，如操作系统、Docker版本、CPU、内存、pod 运行状态等信息
• kube-proxy：集群中 Service 的通信以及负载均衡
• 功能：服务发现、反向代理。
• 反向代理：支持TCP和UDP连接转发，默认基于Round Robin算法将客户端流量转发到与service对应的一组后端pod。
• 服务发现：使用 etcd 的 watch 机制，监控集群中service和endpoint对象数据的动态变化，并且维护一个service到endpoint的映射关系。(本质是：路由关系)
• 实现方式：存在两种实现方式，userspace 和 iptables。
• userspace：在用户空间，通过kuber-proxy实现负载均衡的代理服务，是最初的实现方案，较稳定、效率不高;
• iptables：在内核空间，是纯采用iptables来实现LB，是Kubernetes目前默认的方式;
• runtime：一般使用 docker 容器，也支持其他的容器。

集群的高可用

Kubernetes 集群，在生产环境，必须实现高可用：

1. 实现Master节点及其核心组件的高可用;
2. 如果Master节点出现问题的话，那整个集群就失去了控制;

具体的 HA 示意图：