Kubernetes 核心组件
官方文档：Kubernetes 组件
Kubernetes 核心组件功能介绍
- 控制平面组件（Control Plane）
- 节点组件（Node Components）
- 网络组件（CNI / DNS）
- 扩展组件（附常见）
主要职责
- 对外接口：提供统一的API访问入口（API Server）。
- 管理集群状态：接收用户操作（通过API Server），监控集群变化，确保实际状态符合期望状态（Controller Manager）。
- 资源调度：将 Pod（工作负载）智能地分配到合适的 Worker Node 上（Scheduler）。
- 数据存储：存储所有集群配置和状态数据（etcd）。
👉 整个 Kubernetes 的中心，中枢神经，所有组件交互都经过它。
功能
- 所有 kubectl / API 调用的入口
- 认证、鉴权、审计
- 所有对象的 读写、校验
- 数据存入 etcd
- Watch 机制：给控制器 & kubelet 等提供资源变更事件
特点
- 只有它可直接访问 etcd
- 无状态，可横向扩容（HA 模式）
- 提供 REST API
👉 运行所有控制循环（Control Loop），确保实际状态 -> 期望状态
包含的控制器（部分）
- Node Controller：节点上下线检测
- Deployment Controller：扩缩容、副本管理
- ReplicaSet Controller
- Job Controller
- EndpointSlice Controller
- Service Account Controller
- PVC / PV 绑定控制器
- Namespace 控制器
总结一句话
➡️ k8s 中所有 “自动修复 / 自动创建 / 自动更新” 的逻辑都来自它。
👉 负责 Pod 的调度决策（Pod 分配到哪个节点上）
核心能力
- 过滤（Filter）：先筛掉不符合条件的节点（资源不足、污点不匹配等）
- 打分（Score）：给剩余节点评分（利用率、拓扑、亲和性）
- 绑定（Bind）：把 Pod 绑定到节点
特性
- 支持自定义调度策略、调度框架（plugins）
- 支持多调度器
👉 存储 Kubernetes 所有状态（配置、节点、Pod、Service）。
特点：
- 强一致性、分布式数据库（Raft 协议）
- 需要三节点或五节点集群保证可靠性
- 所有 control-plane 组件依赖它
👉 每个 node 的核心代理，负责 Pod 生命周期。
功能
- 接收来自 scheduler 分配的 Pod
- 通过容器运行时（containerd/cri-o）启动容器
- 健康检查（liveness / readiness / startup）
- 日志 & 指标上报
- 节点状态上报给 API server
特点
- 仅 管理被 API 分配到该节点的 Pod
- 能执行 CRI（容器运行时接口）
👉 负责 Service 负载均衡实现（clusterIP / nodePort）
模式
| 模式 | 描述 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|
| iptables | 利用 NAT 表实现转发 | 性能稳定 | 规则多时变慢 |
| IPVS | Linux IP Virtual Server | 性能更高 | 需要内核模块 |
功能
- 维护 Service -> EndpointSlice 的转发表
- 负责 nodePort 实现
- 提供 round-robin、最少连接等策略（IPVS 模式）
⚠️ 若启用 Calico eBPF -> 部分 iptables/Service 转发由 eBPF 接管，可关闭 kube-proxy。
管理容器生命周期 (创建、启动、停止、销毁) 和提供隔离环境 (资源、网络、文件系统) 的核心软件组件，是容器技术的基础引擎，常见如 Docker、containerd、CRI-O。它负责将镜像运行为实际的隔离进程。
容器运行时的主要功能
- 生命周期管理: 创建、启动、停止、删除容器实例。
- 资源隔离与管理: 利用操作系统内核特性 (如 namespace, cgroups) 实现 CPU、内存、磁盘等资源的限制和隔离。
- 文件系统管理: 将容器镜像挂载为容器的文件系统。
- 安全与隔离: 确保容器间、容器与宿主机间的安全隔离。
常见容器运行时类型
- 高级运行时 (High-Level): 管理整个生命周期和镜像，如 containerd、Docker Engine。
- 低级运行时 (Low-Level): 只负责启动和运行 OCI (Open Container Initiative) 标准的容器进程，如 runc。
- Kubernetes CRI: Kubernetes 定义的接口 (Container Runtime Interface)，允许 K8s 使用不同的高级运行时（如 containerd, CRI-O）。
K8S 1.33 仅支持：
- containerd
- CRI-O
Docker 已长期不支持。
👉 Kubernetes 中的 DNS 服务，解析 Service 和 Pod 名称。
功能
- Service DNS -> ClusterIP
- Pod FQDN 解析
- 外部域名转发（forwarders）
- 可扩展插件（rewrite、cache、hosts 等）
特性
- 高可用（Deployment + autoscaler）
- 替代老旧的 kube-dns
👉 提供 Pod 网络、网络策略、安全、路由、BGP、eBPF 等能力。
常见模式
| 模式 | 技术 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|
| eBPF（推荐） | 完全取代 kube-proxy | 高性能 | 要求内核≥ 5.3 |
| IPIP | 简单易用 | 封包开销大 | |
| VXLAN | overlay 网络 | 较通用 | 效率略低 |
| BGP | 节点直连 | 性能最佳 | 配置复杂 |
功能
- CNI（分配 Pod IP）
- NetworkPolicy（允许/拒绝流量）
- Pod 路由（Linux 内核路由表）
- 也可提供服务负载均衡（eBPF）
🔹 kube-controller-manager 相关扩展
- cloud-controller-manager（云厂商）
- ingress-controller（Nginx、Traefik）
- metrics-server（HPA 依赖）
- cluster-autoscaler（自动扩容节点）
🔹 kubelet 相关扩展
- Device Plugin（GPU / FPGA）
- CSI 插件（存储）
🔹 网络相关
- Cilium（eBPF CNI）
- kube-router（BGP CNI）
| 组件 | 职责 |
|---|---|
| kube-apiserver | 整个系统的入口 & 状态变更中心 |
| etcd | 保存所有状态 |
| kube-controller-manager | “确保状态达成”的自动化大脑 |
| kube-scheduler | 决定 Pod 运行在哪 |
| kubelet | 管理节点上的 Pod |
| kube-proxy | Service 转发（或被 eBPF 替代） |
| CoreDNS | DNS 解析 |
| Calico | Pod 网络/路由/NetworkPolicy、eBPF 网络 |