kubernetes核心组件运行机制

Kubernetes架构

Kubernets核心组件

  • API Server
  • Controller Manager
  • Scheduler
  • Kubelet
  • Kube-Proxy
  • Etcd

Kubernetes API Server原理解析

总体来看,Kubernetes API Server的核心功能是提供Kubernetes各类资源对象(如Pod、RC、Service等)的增、删、改、查及Watch等HTTP Rest接口,成为集群内各个功能模块之间数据交互和通信的中心枢纽,是整个系统的数据总线和数据中心。除此之外,它还有以下一些功能特性。
(1)是集群管理的API入口。
(2)是资源配额控制的入口。
(3)提供了完备的集群安全机制。

API Server架构

Controller Manager原理解析

Controller Manager内部包含ReplicationController、Node Controller、ResourceQuotaController、Namespace Controller、ServiceAccountController、Token Controller、Service Controller及Endpoint Controller这8种Controller,每种Controller都负责一种特定资源的控制流程,而Controller Manager正是这些Controller的核心管理者。

Controller Manager架构图如下

Scheduler原理解析

Kubernetes Scheduler在整个系统中承担了“承上启下”的重要功能,“承上”是指它负责接收Controller Manager创建的新Pod,为其安排一个落脚的“家”——目标Node;“启下”是指安置工作完成后,目标Node上的kubelet服务进程接管后继工作,负责Pod生命周期中的“下半生”。
具体来说,Kubernetes Scheduler的作用是将待调度的Pod(API新创建的Pod、Controller Manager为补足副本而创建的Pod等)按照特定的调度算法和调度策略绑定(Binding)到集群中某个合适的Node上,并将绑定信息写入etcd中。在整个调度过程中涉及三个对象,分别是待调度Pod列表、可用Node列表,以及调度算法和策略。简单地说,就是通过调度算法调度为待调度Pod列表中的每个Pod从Node列表中选择一个最适合的Node。
随后,目标节点上的kubelet通过API Server监听到KubernetesScheduler产生的Pod绑定事件,然后获取对应的Pod清单,下载Image镜像并启动容器。
完整的流程图如下:

Kubelet运行机制解析

在Kubernetes集群中,在每个Node(又称Minion)上都会启动一个kubelet服务进程。该进程用于处理Master下发到本节点的任务,管理Pod及Pod中的容器。每个kubelet进程都会在APIServer上注册节点自身的信息,定期向Master汇报节点资源的使用情况,并通过cAdvisor监控容器和节点资源。

Kube-proxy运行机制解析

起初,kube-proxy进程是一个真实的TCP/UDP代理,类似HAProxy,负责从Service到Pod的访问流量的转发,这种模式被称为userspace(用户空间代理)模式。当某个Pod以Cluster IP方式访问某个Service的时候,这个流量会被Pod所在本机的iptables转发到本机的kube-proxy进程,然后由kube-proxy建立起到后端Pod的TCP/UDP连接,随后将请求转发到某个后端Pod上,并在这个过程中实现负载均衡功能。

Kubernetes从1.2版本开始,将iptables作为kube-proxy的默认模式。iptables模式下的kube-proxy不再起到Proxy的作用,其核心功能:通过API Server的Watch接口实时跟踪Service与Endpoint的变更信息,并更新对应的iptables规则,Client的请求流量则通过iptables的NAT机制“直接路由”到目标Pod。

Kubernetes从1.8版本开始引入第3代的IPVS(IP Virtual Server)模式。IPVS在Kubernetes 1.11中升级为GA稳定版。iptables与IPVS虽然都是基于Netfilter实现的,但因为定位不同,二者有着本质的差别:iptables是为防火墙而设计的;IPVS则专门用于高性能负载均衡,并使用更高效的数据结构(Hash表),允许几乎无限的规模扩张,因此被kube-proxy采纳为第三代模式。

参考资料

Kubernetes权威指南:从Docker到Kubernetes实践全接触(第4版)龚正等