Kubernetes 集群中安装的组件详解

Kubernetes (K8s) 是一个用于自动部署、扩展和管理容器化应用程序的开源平台。它提供了一个灵活的架构，能够支持跨多个主机的应用程序部署。Kubernetes 通过其丰富的组件体系结构实现了这一点。本文将详细介绍 Kubernetes 集群中各个核心组件的作用及其安装配置。

目录

1. Kubernetes 集群概述
2. Kubernetes 组件的分类
   • 控制平面组件
   • 工作节点组件
3. 控制平面组件详解
   • API 服务器 (kube-apiserver)
   • etcd
   • 控制器管理器 (kube-controller-manager)
   • 调度器 (kube-scheduler)
4. 工作节点组件详解
   • kubelet
   • kube-proxy
   • 容器运行时
5. 其他重要组件
   • DNS (CoreDNS)
   • 仪表板 (Kubernetes Dashboard)
   • Ingress 控制器
   • 网络插件 (CNI 插件)
   • 存储插件 (CSI 插件)
6. 安装 Kubernetes 集群
   • 使用 kubeadm 安装
   • 使用 Minikube 安装
   • 使用 kops 安装
7. 结论

1. Kubernetes 集群概述

Kubernetes 是一个强大的容器编排平台，它的主要目标是提供一个平台，使用户能够自动化部署、扩展和操作应用程序容器。Kubernetes 由多个组件组成，这些组件共同协作，以实现 Kubernetes 的各种功能。Kubernetes 集群通常由一个控制平面和若干工作节点组成。

2. Kubernetes 组件的分类

控制平面组件

控制平面组件负责管理整个集群的状态，协调集群中的各种操作。它们通常部署在集群的主节点（或多个主节点）上。

• API 服务器 (kube-apiserver): 作为集群的控制入口点，所有的 REST 操作请求都通过 API 服务器。
• etcd: 用于保存整个集群的配置和状态数据的分布式键值存储。
• 控制器管理器 (kube-controller-manager): 负责集群中各种控制器的运行。
• 调度器 (kube-scheduler): 负责根据调度策略将工作负载分配到适当的节点。

工作节点组件

工作节点组件负责运行实际的应用程序容器，并管理这些容器的生命周期。

• kubelet: 负责节点上的容器管理，确保容器按预期运行。
• kube-proxy: 负责维护网络规则，允许服务间通信。
• 容器运行时: 负责实际运行容器的底层软件，如 Docker 或 containerd。

3. 控制平面组件详解

API 服务器 (kube-apiserver)

API 服务器是 Kubernetes 控制平面的中心组件。它暴露 Kubernetes API，并处理所有的 RESTful 请求。API 服务器还提供集群的认证、授权、访问控制和 API 注册服务。

功能

• API 聚合: 支持通过 API 聚合扩展 Kubernetes API。
• 认证和授权: 确保请求来自合法用户，并有权访问相应的资源。
• 请求路由: 将请求路由到合适的控制器或工作节点。

安装与配置

在使用 kubeadm 安装 Kubernetes 时，API 服务器通常作为主节点的一部分自动安装和配置。可以通过 kube-apiserver.yaml 文件对其进行自定义配置。

etcd

etcd 是一个高可用、分布式、键值存储系统，专为存储关键数据而设计。Kubernetes 使用 etcd 来存储所有集群数据，包括节点、Pod、服务配置等。

功能

• 数据持久化: 保存所有的集群状态和配置数据。
• 高可用性: 通过多节点集群提供高可用性和数据一致性。

安装与配置

etcd 可以独立安装，也可以作为 kubeadm 安装的一部分。etcd 的配置文件通常位于 /etc/kubernetes/manifests/etcd.yaml。

控制器管理器 (kube-controller-manager)

控制器管理器是 Kubernetes 控制平面的核心组件之一，负责运行各种控制器。控制器是 Kubernetes 中的后台进程，负责维护集群的状态，确保系统符合期望的状态。

功能

• 节点控制器: 监控节点的状态，并在节点失效时采取相应措施。
• 副本控制器: 确保集群中正确数量的 Pod 运行。
• 端点控制器: 维护服务与 Pod 的映射关系。

安装与配置

在 kubeadm 安装过程中，控制器管理器自动配置。其配置文件通常位于 /etc/kubernetes/manifests/kube-controller-manager.yaml。

调度器 (kube-scheduler)

调度器是 Kubernetes 的一个关键组件，负责将新创建的 Pod 分配到适当的节点上。调度器根据资源需求、硬件/软件/策略约束和亲和性/反亲和性规则做出决策。

功能

• 资源感知调度: 根据节点的资源可用性进行调度。
• 亲和性/反亲和性调度: 根据 Pod 和节点的亲和性/反亲和性规则进行调度。

安装与配置

调度器的安装和配置与其他控制平面组件类似。其配置文件通常位于 /etc/kubernetes/manifests/kube-scheduler.yaml。

4. 工作节点组件详解

kubelet

kubelet 是每个工作节点上运行的主要“节点代理”组件。它负责管理节点上的容器，确保它们按预期运行。

功能

• Pod 生命周期管理: 确保每个 Pod 中的容器运行和健康。
• 日志收集: 收集和报告节点及其上运行的 Pod 的状态。

安装与配置

kubelet 通常通过安装 Kubernetes 节点包自动安装。配置文件通常位于 /etc/kubernetes/kubelet.conf。

kube-proxy

kube-proxy 是 Kubernetes 中的网络代理，负责实现服务的负载均衡和网络规则配置。它在每个节点上运行，并维护节点网络规则，使得服务可以在节点之间通信。

功能

• 服务代理: 通过 iptables 或 IPVS 实现服务的负载均衡。
• 网络规则配置: 管理和维护网络规则，允许服务之间的通信。

安装与配置

kube-proxy 的安装通常随 kubeadm 一起进行。其配置文件通常位于 /etc/kubernetes/kube-proxy.conf。

容器运行时

容器运行时是 Kubernetes 中负责运行容器的底层软件。常见的容器运行时包括 Docker、containerd 和 CRI-O。

功能

• 容器管理: 负责拉取、启动和停止容器。
• 镜像管理: 管理容器镜像，包括拉取和存储镜像。

安装与配置

容器运行时的安装和配置取决于所选择的运行时。例如，Docker 可以通过标准的包管理工具安装，并通过 daemon.json 文件进行配置。

5. 其他重要组件

DNS (CoreDNS)

CoreDNS 是 Kubernetes 中的默认 DNS 服务器，负责集群内部的 DNS 解析。它为 Pod 和服务提供名称解析，使它们可以通过 DNS 名称相互访问。

功能

• DNS 解析: 提供集群内部的 DNS 解析服务。
• 插件架构: 支持通过插件扩展 DNS 功能。

安装与配置

CoreDNS 通常通过 kubeadm 自动安装。其配置文件通常位于 /etc/kubernetes/addons/coredns.yaml。

仪表板 (Kubernetes Dashboard)

Kubernetes Dashboard 是一个基于 Web 的用户界面，允许用户管理和监控 Kubernetes 集群。它提供了对集群中各种资源的可视化管理功能。

功能

• 资源管理: 提供创建、更新和删除集群资源的界面。
• 监控和调试: 提供集群状态和性能的监控功能。

安装与配置

Kubernetes Dashboard 可以通过 kubectl apply 命令部署。配置文件通常位于 https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/dashboard/v2.0.0/aio/deploy/recommended.yaml。

Ingress 控制器

Ingress 控制器负责管理外部访问到 Kubernetes 服务的流量。它提供基于 HTTP 和 HTTPS 的路由功能，使外部流量能够访问集群内的服务。