K8S 原理最全詳解 -萬字圖文總結-

大家好，我是 mikechen。

K8S(Kubernetes) 是雲原生最核心的內容，也是雲計算的未來，下滿我就全面來詳解 K8S 的原理 @mikechen

K8S

K8S 是 Kubernetes 的縮寫，是 “google” 開發的容器編排平臺，主要用於：自動化應用程序的部署、擴展、和管理。

如下圖所示：

主要解決：

總之，K8S 爲容器化應用程序提供了一個全面的管理層，確保應用程序在集羣環境中的可伸縮性、和穩定性。

Kubernetes 原理

Kubernetes 架構組件，包括：多個關鍵組件，比如：Master 主組件、和工作節點組件...... 等等。

如下圖所示：

最核心的組件，包括圖上的：主節點（Master Node）組件、以及工作節點（Worker Node）組件... 等。

主節點（Master Node）組件，又會包含：apiserver、scheduler、controller... 等組件，下面我分別詳解 @mikechen

Master 主節點架構組件

Master 節點，負責：管理、和控制整個 Kubernetes 集羣，包含多個組件：apiserver、scheduler、controller... 等組件。

如下圖所示：

1.API Server

API Server，是 Kubernetes 的前端，負責：處理 RESTful API 請求（如：kubectl.... 命令），並將這些請求分發給其他組件進行處理。

如下圖所示，黃色框：

API Server 是所有操作的入口，提供集羣的統一接口。

比如：統一進行身份認證、授權、API 驗證、和集羣狀態的持久化........ 等功能。

2. 鍵值存儲 etcd

Kubernetes 使用 etcd 存儲所有集羣的元數據、和狀態信息。

比如，包括：配置信息、狀態信息、服務發現信息...... 等。

kube-apiserver 通過讀寫 etcd 來管理集羣的狀態信息，其他組件通過 kube-apiserver 訪問 etcd 中的數據。

etcd 通過使用 Raft 協議，來實現分佈式一致性，確保數據在多個節點之間的一致性。

3.ControllerManager

Controller Manager 負責：執行集羣的後臺任務，包括：節點控制、副本控制、端點控制、和服務賬號控制等。

Controller Manager 包含一堆 “控制器”，包括：節點控制器、複製控制器、端點控制器、和服務控制器... 等。

如下圖所示：

4.Scheduler

Scheduler 根據資源需求、策略和約束條件，選擇合適的節點運行 Pod。

以及，基於資源需求、策略限制、數據位置、工作負載間隔... 等標準來做調度決策。

工作節點架構組件

在 Kubernetes 的工作節點（Worker Node）中，有幾個關鍵組件，它們共同負責運行實際的應用工作負載。

如下圖所示，綠色框：

上圖右側的綠框就是 Kubernetes 工作節點，包含如下組件：

1.Kubelet

Kubelet 是 Kubernetes 中的主要節點代理，運行在每個節點上，負責確保容器在 Pod 中運行，並且健康。

核心功能：

2.Container Runtime

Container Runtime：分別用於管理容器運行、和鏡像，是實際負責拉取容器鏡像、啓動和停止容器的底層。

Kubernetes 支持多種容器運行時，包括：Docker、containerd、和 CRI-O..... 等。

3.Kube-proxy

kube-proxy 負責：在每個節點上實現 Kubernetes 服務的網絡代理，主要處理：網絡流量的轉發、和負載均衡。

比如：設置 iptables、或 ipvs 規則，來實現服務之間的通信、和負載分配。

4.Pod

Pod 是 Kubernetes 的最小部署單元，如下圖所示：

Pod 是一個、或多個容器的集合，這些容器共享存儲、網絡、和運行環境。

每個 Pod ，通常包含：一個主要容器、和一些輔助容器。

並且，Pod 內的容器可以共享數據卷，用於數據持久化、和共享。

以及，通過添加、和刪除 Pod 副本，輕鬆地水平擴展應用程序。

這些組件和概念共同協作，構成了 Kubernetes 的基礎架構，使得它能夠高效地管理和編排容器化應用。

K8S 的應用

K8S 的應用非常的廣泛，比如最典型的包括：

1、微服務架構

Kubernetes 非常適合運行微服務架構的應用程序，通過：服務發現、負載均衡、和自動擴展..... 來管理複雜的微服務部署。

2、DevOps

Kubernetes 支持 CI/CD 管道，簡化了應用程序的構建、測試 / 和部署過程，促進了 DevOps 實踐。

3、混合雲和多雲策略

通過一致的 API 和配置管理，Kubernetes 支持跨多個雲提供商、和本地環境的應用程序部署，促進混合雲、和多雲策略的實現。

4、大數據和機器學習

Kubernetes ，還可以管理大數據處理任務，以及機器學習模型的訓練、和推理，支持彈性計算資源的分配。

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