Kubernetes架构揭秘：核心组件全解析

Kubernetes 整体架构概述

Kubernetes（K8s）采用主从（Master-Node）架构，分为控制平面（Control Plane）和工作节点（Worker Node）两部分。控制平面负责集群状态管理和调度决策，工作节点负责运行容器化应用。

控制平面组件

API Server
作为集群的入口，提供RESTful API，处理所有操作请求（如创建、更新Pod），并验证请求的合法性。API Server是唯一与etcd交互的组件，确保数据一致性。

etcd
分布式键值存储数据库，保存集群的配置数据和状态信息（如Pod、Service等对象）。etcd的高可用性直接影响集群稳定性。

Controller Manager
包含多个控制器（如Deployment、ReplicaSet控制器），通过监控集群状态，确保实际状态与期望状态一致。例如，当Pod崩溃时，ReplicaSet控制器会重新调度新Pod。

Scheduler
负责将未绑定的Pod分配到合适的工作节点，基于资源需求、亲和性规则等策略进行决策。

工作节点组件

kubelet
运行在每个节点上的代理，负责管理Pod生命周期（如启动、停止容器），并定期向API Server上报节点状态。

kube-proxy
维护节点网络规则，实现Service的负载均衡和流量转发，支持iptables或IPVS模式。

容器运行时
负责运行容器的底层软件（如Docker、containerd），与kubelet协作完成容器启停和镜像拉取。

附加组件解析

CNI（容器网络接口）
提供Pod间网络通信的插件化解决方案（如Calico、Flannel），确保每个Pod拥有独立IP且跨节点互通。

CoreDNS
集群内建的DNS服务，为Service和Pod提供域名解析能力，支持服务发现。

Ingress Controller
实现外部流量路由到集群内Service的规则管理（如Nginx Ingress），支持基于路径或域名的转发。

数据流示例

1. 用户通过kubectl提交Deployment请求到API Server。
2. API Server写入etcd，Scheduler根据资源需求选择节点并绑定Pod。
3. 目标节点的kubelet监听到绑定事件，调用容器运行时启动容器。
4. Controller Manager持续监控Deployment状态，确保副本数符合预期。

架构设计特点

• 声明式API：用户定义期望状态，系统自动驱动实际状态。
• 松耦合：组件通过API Server通信，支持独立升级和扩展。
• 插件化：网络、存储、调度等模块可通过接口扩展。

通过理解各组件职责及协作机制，能更高效地排查问题并优化集群配置。

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