初探Kubernetes：核心概念解析

k8s 架构

K8s 属于经典的主从模型（Master-Slave 架构），由 Master 和 Node 节点构成：

Master 节点：负责集群的管理，协调集群中的所有活动。例如应用的运行、修改、更新等。

Node 节点：为 Kubernetes 集群中的工作节点，可以是 VM 虚拟机、物理机。每个 node 上有一个 Kubelet（负责每个节点的运行状态，以及与 master 节点通信，执行 master 节点的指令），同时 Node 节点上至少还需要运行 container runtime（比如 docker，这样才能够运行相关镜像）。

简单的示意图架构图如下所示：

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完整的架构图如下所示，其中 Node 中的 pod 可以理解为运行应用程序的容器，例如运行java的一个微服务jar包，至于其他的组件，将在后面进行详细介绍。

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2. Master 节点

Master节点是整个k8s的大脑

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Master 节点也被称之为控制平面组件，也就是上图中红色框中的区域。Master 节点一般来说，由如下构成：

kube-apiserver：提供 RESTful API，供用户、kubectl、其他组件和外部系统调用。无状态，可水平扩展，通常部署多个实例实现高可用。

etcd：分布式键值数据库，存储集群的所有配置数据和状态信息（如节点、Pod、Service 等对象的状态，配置文件）。所有组件通过 apiserver 读写 etcd，不直接访问。一般来说是部署多个节点，使用 Raft 协议保证一致性。

kube-scheduler：负责 Pod 的调度，决定将新创建的 Pod 分配到哪个 Node 上运行。

kube-controller-manager（图中 c-m）：运行控制器进程，确保集群的实际状态与期望状态一致。这句话听起来似乎有点抽象，但是实际上我们可以把它理解为一个管家，它不断检查集群的“实际状态”，并努力让它与用户定义的“期望状态”保持一致。 例如说，我希望我的集群中有 3 个 nginx pod 在运行（通过相关配置文件进行定义），突然有一个 pod 挂了，gg 了，那么 c-m 就会重新拉起来一个 pod，执行顺序如下：

c-m 从 apiserver 读取“期望状态”（比如 replicas: 3）

从 apiserver 读取“当前实际状态”（比如现在只有 2 个 Pod 在运行）

如果不一致 → 执行操作（比如创建 1 个新 Pod）

写回 apiserver，更新状态

休息一会儿，然后重复步骤 1～5

cloud-controller-manager（图中 c-c-m）：是 Kubernetes 与底层云平台（如 AWS、Azure、阿里云等）之间的“翻译官”和“对接员”，专门处理那些需要和云厂商 API 交互的功能。

3. Node 节点

Master 节点我们已经理解了，那么什么是 Node 节点呢。Node 节点（也称之为 Worker 节点），就是真正“运行应用”的 worker。在现实世界，Node 节点可以是一台物理服务器，一台 VM 虚拟机（一个 Node 节点严格对应一台“计算实例”），但是注意，Node 节点不是容器（Node 是运行容器的宿主机）。下图中，红色框框里面的内容便是 Node 节点。

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Node 节点主要包含如下组件：

kubelet：负责与 Master 通信、接收调度指令、调用容器运行时启动或终止 Pod，并向 api-server 持续上报节点和容器的健康状态。执行探针，挂载卷，设置网络等等。每个 node 必须要有一个 kubelet。

Container Runtime（容器运行时）：根据 kubelet 的指令，拉取镜像、创建/启动/停止容器，管理容器的生命周期。如果简单的理解，你就可以把他看成一个 docker，可以运行相关的镜像。

kube-proxy：在 每个 Node 上维护网络规则（如 iptables 或 IPVS），将访问流量（Service 的流量）转发到后端 Pod。每个 Node 都需要运行 kube-proxy，因为如果一个容器不跟外界通信，那么也毫无意义。

cAdvisor：用于自动发现并收集当前 Node 节点上所有容器（包括 Pod 中的容器）的资源使用情况和性能数据，比如 CPU、内存、磁盘 I/O、网络使用率等。

4. 命名空间

k8s 集群在搭建好之后，需要提供给多个部门或者小组进行使用。而在我们开发和生产过程中，大概率不同小组可能会出现相同的资源（例如应用，服务）名，同时每个小组需要的计算资源数量也可能不同，以及每个小组的权限也不同（例如开发团队不能访问生产环境）。为了解决这个问题，k8s 提出了命名空间（namespace）的概念（默认的命名空间是default），命名空间有如下好处：

资源隔离

不同命名空间中的资源名称可以重复（例如两个命名空间中都可以有名为 web-app 的 Deployment）。

避免资源命名冲突。

限制资源使用（配合 ResourceQuota 和 LimitRange）。

权限控制（RBAC）

可以为不同命名空间设置不同的访问权限。例如：开发团队只能访问 dev​ 命名空间，运维团队可访问 prod。

环境隔离

将开发（dev）、测试（test）、预发布（staging）、生产（prod）环境部署在不同命名空间中，便于管理。

简化管理

可以按命名空间批量操作资源（如删除整个命名空间及其所有资源）。

日志、监控、网络策略等也可以按命名空间维度配置。

但是需要注意的是，在 k8s 集群中，不同的命名空间里面应用，其网络是互通的。如果要避免网络互通，则需要进行相关的网络配置。在比较大型的网络开发中，还是推荐将生产和测试集群分开部署，而不是依赖于命名空间进行隔离。