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新手必须知道的 Kubernetes 架构
2022-04-13 15:51:41



来源:tinyurl.com/2p9cmhsm


控制平面组件

ETCD

etcd 是一个快速、分布式、一致的键值存储,用作持久存储 Kubernetes 对象数据(如 pod、replication controllers, secrets, services 等)的后备存储。实际上,etcd 是 Kubernetes 存储集群状态和元数据的地方。直接与 etcd 对话的组件是 Kubernetes API Server。所有其他组件通过 API Server 间接读取和写入数据到 etcd。

Etcd 还实现了一个监视功能,它提供了一个基于事件的接口,用于异步监控键的更改。一旦密钥被更改,它的观察者就会收到通知。API Server 组件在很大程度上依赖于此来获得通知并将 etcd 的当前状态移动到所需状态。

etcd 实例的数量应该是奇数吗?

在 HA 环境中,您通常会运行 3、5 或 7 个 etcd 实例,但为什么呢?由于 etcd 是分布式数据存储,因此可以水平扩展它,但您还需要确保每个实例中的数据是一致的,为此,您的系统需要就状态达成共识。Etcd 为此使用了RAFT 共识算法 [1]。

该算法需要多数(或仲裁)集群才能进入下一个状态。如果您只有 2 个 ectd 实例,如果其中任何一个失败,则 etcd 集群无法转换到新状态,因为不存在多数,并且在 3 个实例的情况下,一个实例可能会失败并且可以达到多数的实例仍然可用。

API Server

API Server 是 Kubernetes 中与 etcd 直接交互的组件。Kubernetes 以及客户端(kubectl)中的所有其他组件都必须通过 API Server 来处理集群状态。API Server 提供以下功能:

  • 提供在 etcd 中存储对象的一致方式。
  • 执行这些对象的验证,以便客户端无法存储配置不正确的对象,如果它们直接写入 etcd 数据存储区可能会发生这种情况。
  • 提供 RESTful API 来创建、更新、修改或删除资源。
  • 提供乐观并发锁定,因此在并发更新的情况下,对对象的更改永远不会被其他客户端覆盖。
  • 对客户端发送的请求执行身份验证和授权。它使用插件提取客户端的用户名、用户 ID 和用户所属的组,并确定经过身份验证的用户是否可以对请求的资源执行请求的操作。
  • 如果请求试图创建、修改或删除资源,则执行准入控制 [2]。示例:AlwaysPullImages、DefaultStorageClass、ResourceQuota 等。
  • 为客户端实现监视机制(类似于 etcd)以监视更改。这允许调度程序和 Controller Manager 等组件以松散耦合的方式与 API Server 交互。

Controller Manager

在 Kubernetes 中,控制器是监控集群状态的控制循环,然后根据需要进行更改或请求更改。每个控制器都尝试将当前集群状态移动到更接近所需状态。控制器跟踪至少一种 Kubernetes 资源类型,并且这些对象有一个表示所需状态的规范字段。

控制器示例:

  • Replication Manager(ReplicationController 资源的控制器)
  • ReplicaSet、DaemonSet 和 Job 控制器
  • Deployment 控制器
  • StatefulSet 控制器
  • node 控制器
  • service 控制器
  • endpoints 控制器
  • namespace 控制器
  • PersistentVolume 控制器

控制器使用监视机制来获得更改通知。他们监视 API Server 对资源的更改并针对每个更改执行操作,无论是创建新对象还是更新或删除现有对象。大多数时候,这些操作包括创建其他资源或自己更新被监视的资源,但是由于使用监视并不能保证控制器不会错过任何事件,它们还会定期执行重新列出操作以确保没有错过了任何东西。

Controller Manager 还执行生命周期功能,例如命名空间创建和生命周期、事件垃圾回收、终止 pod 垃圾回收、级联删除垃圾回收 [3]、节点垃圾回收等。

Scheduler

调度程序是一个控制平面进程,它将 pod 分配给节点。它监视没有分配节点的新创建的 pod,并且对于调度程序发现的每个 pod,调度程序负责为该 pod 找到运行的佳节点。

满足 Pod 调度要求的节点称为可行节点。如果没有合适的节点,则 pod 将保持未调度状态,直到调度程序能够放置它。一旦找到可行节点,它就会运行一组函数来对节点进行评分,并选择得分高的节点。然后它会通知 API Server 有关所选节点的信息,此过程称为绑定。

节点的选择分为两步:

  1. 过滤 所有节点的列表以获取 pod 可以调度到的可接受节点列表。(例如,PodFitsResources 过滤器检查候选节点是否有足够的可用资源来满足 Pod 的特定资源请求)
  2. 对从第 1 步获得的节点列表进行评分 并对它们进行排名以选择佳节点。如果多个节点得分高,则使用循环法确保 pod 均匀地部署在所有节点上。

调度决策需要考虑的因素包括:

  • Pod 对硬件/软件资源的请求?节点是否报告内存或磁盘压力情况?
  • 该节点是否具有与 pod 规范中的节点选择器匹配的标签?
  • 如果 pod 请求绑定到特定的主机端口,该端口是否已在该节点上占用?
  • pod 是否容忍节点的污点?
  • pod 是否指定节点亲和性或反亲和性规则?等。

调度程序不会指示所选节点运行 pod。Scheduler 所做的只是通过 API Server 更新 pod 定义。API server 通过 watch 机制通知 Kubelet pod 已经被调度。然后目标节点上的 kubelet 服务看到 pod 已被调度到它的节点,它创建并运行 pod 的容器。

基于 Spring Boot + MyBatis Plus + Vue & Element 实现的后台管理系统 + 用户小程序,支持 RBAC 动态权限、多租户、数据权限、工作流、三方登录、支付、短信、商城等功能。

项目地址:https://github.com/YunaiV/ruoyi-vue-pro

工作节点组件

Kubelet

Kubelet 是在集群中的每个节点上运行的代理,是负责在工作节点上运行的所有内容的组件。它确保容器在 Pod 中运行。

kubelet 服务的主要功能有:

  1. 通过在 API Server 中创建节点资源来注册它正在运行的节点。
  2. 持续监控 API Server 上已调度到节点的 Pod。
  3. 使用配置的容器运行时启动 pod 的容器。
  4. 持续监控正在运行的容器并将其状态、事件和资源消耗报告给 API Server。
  5. 运行容器活性探测,在探测失败时重新启动容器,在容器的 Pod 从 API Server 中删除时终止容器,并通知服务器 Pod 已终止。

kube-proxy

它在每个节点上运行,并确保一个 pod 可以与另一个 pod 对话,一个节点可以与另一个节点对话,一个容器可以与另一个容器通信等。它负责监视 API Server 以了解Service和 pod 定义的更改,以保持整个网络配置的新状态。当一个Service由多个 pod 时,proxy会在这些 pod 之间负载平衡。

kube-proxy 之所以得名,是因为它是一个实际的代理服务器,用于接受连接并将它们代理到 Pod,当前的实现使用 iptables 或 ipvs 规则将数据包重定向到随机选择的后端 Pod,而不通过实际的代理服务器传递它们。

  1. 创建服务时,会立即分配一个虚拟 IP 地址。
  2. API Server 通知在工作节点上运行的 kube-proxy 代理已经创建了新服务。
  3. 每个 kube-proxy 通过设置 iptables 规则使服务可寻址,确保拦截每个服务 IP/端口对,并将目标地址修改为支持服务的 pod 之一。
  4. 监视 API Server 对服务或其端点对象的更改。

容器运行时

专注于运行容器、设置命名空间和容器的 cgroup 的容器运行时称为低级容器运行时,专注于格式、解包、管理和共享images并提供 API 以满足开发人员需求的容器运行时称为容器运行时(容器引擎)。

容器运行时负责:

  1. 如果本地不可用,则从镜像注册表中拉取容器所需的容器镜像。
  2. 将镜像提取到写入时复制文件系统,所有容器层相互重叠以创建合并文件系统。
  3. 准备容器挂载点
  4. 从容器镜像设置元数据,例如覆盖 CMD、来自用户输入的 ENTRYPOINT、设置 SECCOMP 规则等,以确保容器按预期运行。
  5. 更改内核以向该容器分配某种隔离,例如进程、网络和文件系统。
  6. 提醒内核分配一些资源限制,如 CPU 或内存限制。
  7. 将系统调用(syscall)传递给内核以启动容器。
  8. 确保 SElinux/AppArmor 设置正确。


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架构师精进
创建时间:2020-06-18 11:14:56
会分享各种的技术架构资料,也会将我学到的技术和知识通过分享给大家,同时读到了什么好书也会推荐给大家
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