Kubernetes核心组件及资源介绍

一、Kubernetes架构

Kubernetes 采用了分布式系统的架构，包括 Kubernetes Master 和 Kubernetes Node 两个组件：

• Kubernetes Master：负责整个 Kubernetes 集群的管理和控制，包括 API Server、etcd、Scheduler、Controller Manager 等。
• Kubernetes Node：是集群中的工作节点，运行着容器和 Kubernetes Agent。其中，容器是应用程序的运行环境，Kubernetes Agent 负责与 Kubernetes Master 进行通信，并将容器的状态信息汇报给 Kubernetes Master。

Kubernetes 通过调度器（Scheduler）将应用程序的容器自动地调度到合适的节点上，并自动进行负载均衡和服务发现等功能。同时，它还支持水平自动伸缩，根据应用程序的负载情况自动扩缩容器的数量，确保应用程序的高可用性和可扩展性。

单Master节点架构图如下：

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二、Kubernetes核心组件

• kubectl：管理k8s的命令行工具，可以操作k8s中的资源对象，如增删改查等。

• etcd： 是一个高可用的键值数据库，存储k8s的资源状态信息和网络信息的，etcd中的数据变更是通过api server进行的。

• apiserver: 提供k8s api，是整个系统的对外接口，提供资源操作的唯一入口，供客户端和其它组件调用，提供了k8s各类资源对象（pod,deployment,Service等）的增删改查，是整个系统的数据总线和数据中心，并提供认证、授权、访问控制、API注册和发现等机制，并将操作对象持久化到etcd中。

• scheduler：负责k8s集群中pod的调度的 ， scheduler通过与apiserver交互监听到创建Pod副本的信息后，它会检索所有符合该Pod要求的工作节点列表，开始执行Pod调度逻辑。调度成功后将Pod绑定到目标节点上，相当于“调度室”。

• Controller-Manager：是一个负责监控K8s系统中各个对象状态并按需处理的组件。Controller-Manager包含了多个控制器，每个控制器负责管理一类对象，如ReplicaSet、Deployment等。 控制器会监测与自己相关的对象的状态变化，并根据需要创建、更新或删除相关对象，以确保系统的实际状态与期望状态一致。 控制器还负责实现许多Kubernetes功能，如水平自动扩展、滚动更新、自愈能力等。

• Calico： 是一套开源的网络和网络安全方案，用于容器、虚拟机、宿主机之前的网络连接。

• kubelet：是Master在Node上的Agent，管理本机运行容器的生命周期，比如创建容器、Pod挂载数据卷、获取容器和节点状态等工作，kubelet将每个Pod转换成一组容器。

• kube-proxy：提供网络代理和负载均衡，是实现service的通信与负载均衡机制的重要组件，kube-proxy负责为Pod创建代理服务，从apiserver获取所有service信息，并根据service信息创建代理服务，实现service到Pod的请求路由和转发，从而实现K8s层级的虚拟转发网络，将到service的请求转发到后端的pod上。

• Cordns：一个 DNS 服务，而 DNS 作为一种常见的服务发现手段，很多开源项目以及工程师都会使用 CoreDNS 为集群提供服务发现的功能，Kubernetes 就在集群中使用 CoreDNS 解决服务发现的问题。

• Docker：容器运行时，负责启动容器的，在k8s1.24版本之后废弃docker，使用container作为容器运行。

三、Kubernetes核心资源

• Pod：是K8s中的最小调度单元，k8s是通过定义一个Pod的资源，然后在Pod里面运行容器，容器需要指定镜像，用来运行具体的服务。一个Pod封装一个容器（也可以封装多个容器），Pod里的容器共享存储、网络等。也就是说，应该把整个pod看作虚拟机，然后每个容器相当于运行在虚拟机的进程。

• Label：K8s中的资源对象大都可以打上标签，如Node、Pod、Service 等，一个资源可以绑定任意多个label，k8s 通过 Label 可实现多维度的资源分组管理，后续可通过 Label Selector 查询和筛选拥有某些 Label 的资源对象，例如创建一个 Pod，给定一个 Label是app=nginx，那么service可以通过label selector选择拥有app=nginx的pod，和其相关联，也可通过 app=nginx 删除拥有该标签的 Pod 资源。

• Replicaset：是K8s中的副本控制器，管理Pod，使pod副本的数量始终维持在预设的个数。

• Deployment：Deployment是管理Replicaset和Pod的副本控制器，Deployment可以管理多个Replicaset，是比Replicaset更高级的控制器，也即是说在创建Deployment的时候，会自动创建Replicaset，由Replicaset再创建Pod，Deployment能对Pod扩容、缩容、滚动更新和回滚、维持Pod数量。

• Service(4层代理)：在k8s中，Pod是有生命周期的，如果Pod重启IP很有可能会发生变化。如果我们的服务都是将Pod的IP地址写死，Pod的挂掉或者重启，和刚才重启的pod相关联的其他服务将会找不到它所关联的Pod，为了解决这个问题，在k8s中定义了service资源对象，Service 定义了一个服务访问的入口，客户端通过这个入口即可访问服务背后的应用集群实例，service是一组Pod的逻辑集合，这一组 Pod 能够被 Service 访问到，通常是通过 Label Selector实现的。

• Ingress(七层代理)：用于管理K8s群集上的入口流量。通过使用Ingress，可以轻松地将HTTP和HTTPS流量路由到K8s集群内的服务。它可以理解HTTP、HTTPS和TLS等不同的协议安全选项，并将其转发到不同的服务。

• Statefulset：主要用于管理有状态应用程序。在StatefulSet中，每个Pod实例都具有唯一的网络标识符和稳定的存储标识符，这些标识符与Pod的名称和索引相关联。这使得StatefulSet在要求有一定顺序的应用程序部署、有状态的应用程序状态管理等方面非常有用。

• Job：是一种用于批处理处理任务的控制器对象，通常用于一次性执行一些短暂的、非常需要完成才能继续执行下一步任务的工作。

• CronJob：是一种基于时间调度的控制器对象，用于执行定时任务。与Job对象类似，CronJob也允许您定义一个或多个Pod，但它们是在确定的时间间隔内运行的，而不是在一次性任务完成后终止。

• Configmap：是一种用于存储配置数据的对象。它可以存储密钥-值对、环境变量、命令行参数等应用程序配置，在应用程序部署过程中提供独立于镜像的配置和环境。

• Secret：是一种用来存储和管理加密数据（如密码、OAuth tokem、SSL/TLS证书等）的对象，它主要解决了敏感数据在容器中存储和传输时的安全问题。

四、拓展

1、Service和Ingress的区别是什么？

Service用于将应用程序部署到集群中的节点，并公开在集群内部的其他对象中进行访问。 Service负责让Kubernetes集群内的其他对象（如Pod）可以安全地访问到应用程序，同时也支持Pod的发现和负载均衡。

Ingress是一个Kubernetes内置的对象，它定义了从集群外部到集群内部应用程序的流量路由规则。Ingress可以将所有应用程序暴露到Internet上，并根据域名和URL路径来路由请求。Ingress可以使用不同的控制器（如Nginx、Traefik等）进行实现，以提供更丰富的流量路由和负载均衡功能。

因此，Service主要是为了在Kubernetes集群内部提供服务，并支持内部流量的路由和负载均衡；而Ingress是为了将应用程序暴露到Internet上，并根据域名和URL路径进行流量路由。在实际应用中，如果需要将应用程序暴露到Internet上，则需要使用Ingress；如果仅需要在Kubernetes集群内部提供服务，则可以使用Service。

2、Replicaset和Deployment的区别是什么？

Kubernetes中的ReplicaSet和Deployment都是用于管理Pod副本的控制器，它们的作用和职责是有些不同的。

ReplicaSet是一个用于确保在Kubernetes集群中指定数量的Pod副本副本的控制器。它通过不断地对比当前Pod副本数量与期望Pod副本数量，保持两者的一致性，确保在节点故障或删除Pod的情况下，能够自动创建新的Pod副本。 ReplicaSet仅仅关注Pod副本数量，而不关心Pod的版本更新。

Deployment是一个高级别的控制器，它可以协调多个ReplicaSet来实现Pod的滚动更新、回滚、版本管理等功能。Deployment定义了期望的Pod副本数量以及如何创建、更新和删除Pod，它会管理多个ReplicaSet版本之间的切换。Deployment还支持滚动更新的策略，可以控制每个Pod的更新时间间隔和并发更新数量等。

因此，ReplicaSet是一个较为基础的控制器，它主要用于确保Pod副本数量的管理，而Deployment是一个对ReplicaSet的高级封装，它提供了更多的功能和控制，使得管理和更新应用程序变得更加方便和灵活。在实际应用中，如果需要对Pod进行简单的管理，则可以使用ReplicaSet，如果需要进行版本管理、滚动更新等高级功能，则建议使用Deployment。

3、Deployment和Statefulset的区别是什么？

StatefulSet和Deployment都是Kubernetes的控制器对象，但它们在应用程序的部署和管理上有一些区别。

Deployment通常用于管理无状态应用程序，而StatefulSet通常用于管理有状态应用程序，提供了更严格的Pod顺序控制和滚动更新支持。

4、Job和Cronjob的区别是什么？

Kubernetes中的Job和CronJob都是用于处理任务的控制器对象，但它们之间有一些区别：

• 执行方式：Job对象通常用于一次性执行一些短暂的、非常需要完成才能继续执行下一步任务的工作。而CronJob对象则是基于时间调度定期执行任务。

• 运行时间：Job通常只运行一次，完成一项任务后即停止，而CronJob则可以根据您设置的时间表定期运行任务。

• 创建方式：Job只需要定义一个Pod模板即可，而CronJob除了定义一个Pod模板外，还需要定义一个时间调度表。

• 自动清理：在任务完成后，Job会自动删除Pod，而CronJob会保留Pod以便日后查看任务日志或进行审计。

总的来说，Job对象更适用于一次性任务，例如数据处理、数据导入/导出等。CronJob则更适用于周期性的任务，例如系统清理、日志归档、数据备份等。

5、Configmap和Secret的区别是什么？

ConfigMap和Secret都是Kubernetes中用于存储配置信息的对象，但它们在使用场景和安全性上有一些不同。

• 用途不同：ConfigMap用于存储非敏感信息，如应用程序配置文件、命令行参数等；而Secret用于存储敏感信息，如密码、证书等。

• 存储方式不同：ConfigMap将配置信息存储为键值对的形式，可以使用Volume在Pod中挂载；而Secret也是将敏感信息存储为键值对，但会对其进行加密保护，可以使用Volume、环境变量等方式在Pod中使用。

• 安全性不同：ConfigMap中的信息一般为明文，可以通过kubectl get configmap命令查看其内容；而Secret中的信息是加密的，只有具有访问权限的用户才能查看其内容。

• 更新方式不同：ConfigMap可以使用kubectl edit或kubectl apply更新配置信息；而Secret通常不建议使用kubectl edit或kubectl apply更新敏感信息，最好使用kubectl create或kubectl apply等命令创建新的Secret，并删除旧的Secret。

综上所述，ConfigMap和Secret都是Kubernetes中非常重要的存储配置信息的对象，但ConfigMap适用于存储一些非敏感信息，而Secret则适用于存储一些敏感信息，需要更高的安全性。