6. Kubernetes 架构

6. Kubernetes 架构#

        flowchart TB
    subgraph CP["Control Plane"]
        API[API Server]
        ETCD[(etcd)]
        SCHED[Scheduler]
        CM[Controller Manager]
        CCM[Cloud Controller Manager]
        API --> ETCD
        SCHED --> API
        CM --> API
        CCM --> API
    end
    subgraph W1["Worker Node 1"]
        KL1[kubelet]
        KP1[kube-proxy]
        CR1[Container Runtime]
        P1[Pod A]
        P2[Pod B]
        KL1 --> CR1
        CR1 --> P1
        CR1 --> P2
    end
    subgraph W2["Worker Node 2"]
        KL2[kubelet]
        KP2[kube-proxy]
        CR2[Container Runtime]
        P3[Pod C]
        KL2 --> CR2
        CR2 --> P3
    end
    API --> KL1
    API --> KL2

控制平面组件#

组件

职责

API Server

K8s API 的前端入口，所有通信都经由它中转

etcd

分布式键值存储，保存集群的全部状态数据

Scheduler（调度器）

根据资源需求将 Pod 分配到合适的节点

Controller Manager（控制器管理器）

运行各类控制器（Deployment、ReplicaSet、Node、Job 等）

Cloud Controller Manager

与云服务商 API 对接（可选组件）

工作节点组件#

组件

职责

kubelet

运行在每个节点上的代理，确保容器在 Pod 中正常运行

kube-proxy

网络代理，维护 Service 路由所需的网络规则

Container Runtime（容器运行时）

负责运行容器（containerd、CRI-O）

核心 API 资源#

        flowchart TB
    NS[Namespace] --> Deploy[Deployment]
    NS --> STS[StatefulSet]
    NS --> DS[DaemonSet]
    NS --> Job[Job / CronJob]
    Deploy --> RS[ReplicaSet]
    RS --> Pod[Pod]
    STS --> Pod
    DS --> Pod
    Job --> Pod
    NS --> Svc[Service]
    NS --> Ing[Ingress]
    NS --> CM[ConfigMap]
    NS --> Sec[Secret]
    NS --> PVC[PersistentVolumeClaim]
    Svc --> Pod

类别

资源

工作负载（Workloads）

Pod、Deployment、StatefulSet、DaemonSet、ReplicaSet、Job、CronJob

网络（Networking）

Service、Ingress、NetworkPolicy、EndpointSlice

配置（Config）

ConfigMap、Secret

存储（Storage）

PersistentVolume、PersistentVolumeClaim、StorageClass

集群（Cluster）

Namespace、Node、ServiceAccount、Role、ClusterRole

命名空间（Namespace）#

# List namespaces
kubectl get namespaces

# Create namespace
kubectl create namespace dev

# Set default namespace
kubectl config set-context --current --namespace=dev

# Default namespaces:
# - default: for user workloads
# - kube-system: for K8s system components
# - kube-public: publicly readable
# - kube-node-lease: node heartbeat leases

标签与选择器（Labels and Selectors）#

# Labels on a pod
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: web
  labels:
    app: myapp
    env: production
    tier: frontend
    version: v1.2.3

# Select by label
kubectl get pods -l app=myapp
kubectl get pods -l 'env in (production, staging)'
kubectl get pods -l app=myapp,tier=frontend

# Add/remove labels
kubectl label pod web release=stable
kubectl label pod web release-

注解（Annotations）#

metadata:
  annotations:
    description: "Main web application"
    prometheus.io/scrape: "true"
    prometheus.io/port: "8080"
    kubernetes.io/change-cause: "Update to v1.2.3"

集群通信机制#

所有通信都通过 API Server 进行中转：

  1. 用户 → API Server：通过 kubectl、客户端库或 Dashboard 发起请求

  2. API Server → etcd：存储和读取集群状态

  3. API Server → kubelet：向节点下发 Pod 操作指令

  4. kubelet → API Server：上报节点状态和 Pod 状态

  5. Controller → API Server：监听资源变化，执行状态协调（Reconcile）

  6. Scheduler → API Server：监听未调度的 Pod，为其分配节点

# View cluster info
kubectl cluster-info
kubectl get nodes -o wide
kubectl get componentstatuses  # deprecated but still works

# View API resources
kubectl api-resources
kubectl api-versions

# View API server endpoints
kubectl get --raw /healthz
kubectl get --raw /apis
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