Kubernetes底层原理详解

一、组件架构

Kubernetes的组件架构由Master和Node两部分组成。Master包括API Server、Etcd、Controller Manager和Scheduler，Node包括Kubelet和Kube-proxy。
1、API Server
API Server是Kubernetes的核心组件，主要负责接收和处理来自用户和其它组件的请求。它通过RESTful API提供对Kubernetes资源的操作接口，包括创建、修改、删除、查询等操作。API Server还负责对Kubernetes资源进行认证、授权和审计等功能。
2、Etcd
Etcd是Kubernetes使用的分布式键值存储系统，主要用于存储Kubernetes集群的配置信息和状态信息。Etcd使用Raft算法实现数据的复制和高可用性，可以保证数据的可靠性和一致性。
3、Controller Manager
Controller Manager是Kubernetes的控制器管理器，主要负责管理Kubernetes控制器的生命周期和状态。Kubernetes控制器是一种自动化控制系统，用于监控和管理Kubernetes集群中的资源。Controller Manager包括多个内置控制器，例如Replication Controller、Node Controller、Service Controller等。
4、Scheduler
Scheduler是Kubernetes的调度器，主要负责为新创建的Pod分配节点。当一个Pod被创建时，Scheduler会根据节点的资源状况和调度策略等因素选择最合适的节点，并将Pod调度到该节点上。
5、Kubelet
Kubelet是Kubernetes的节点代理，主要负责管理节点上的Pod。Kubelet会定期从API Server获取Pod的状态和配置信息，并根据配置信息启动、停止和重启Pod。Kubelet还负责监控和报告节点和Pod的状态信息。
6、Kube-proxy
Kube-proxy是Kubernetes的网络代理，主要负责为Pod提供网络服务。Kube-proxy会为每个Pod创建一个虚拟IP地址，并通过网络代理将请求路由到正确的Pod上。

二、对象模型
Kubernetes使用一种称为“对象模型”的数据模型来描述和管理Kubernetes资源。对象模型是一种基于RESTful API的对象关系模型，包括以下三个部分：
1、API对象
API对象是Kubernetes中最基本的数据单元，包括Pod、Service、ReplicationController、Deployment等。每个API对象都有一个唯一的名称和一个与之关联的状态。
2、API组
API组是一组相关的API对象的集合，例如ReplicationController API组包含有ReplicationController、ReplicaSet和Deployment等API对象。每个API组都有一个唯一的名称和一个与之关联的版本。
3、API版本
API版本定义了API对象和API组的版本，用于确保API的兼容性和可扩展性。例如，v1是Kubernetes最初的API版本，v1beta1、v1beta2和v1alpha1是后续的测试版本，v1、21、0是当前的稳定版本。
三、控制器
Kubernetes控制器是一种自动化控制系统，用于监控和管理Kubernetes集群中的资源。控制器的主要作用是将当前状态与期望状态进行比较，并采取必要的行动使它们保持一致。Kubernetes中包括多种类型的控制器，例如Replication Controller、ReplicaSet、Deployment、StatefulSet等。
1、Replication Controller
Replication Controller是Kubernetes最早的控制器之一，主要用于管理Pod的副本数。Replication Controller可以根据用户的需求自动创建或删除Pod，保证Pod的副本数始终符合用户的期望。
2、ReplicaSet
ReplicaSet是Replication Controller的升级版本，主要用于管理Pod的副本数和版本。ReplicaSet可以根据用户的需求自动创建或删除Pod，并支持滚动更新和回滚等功能。
3、Deployment
Deployment是ReplicaSet的升级版本，主要用于管理应用程序的部署和更新。Deployment可以根据用户的需求自动创建或删除ReplicaSet，并支持滚动更新和回滚等功能。
4、StatefulSet
StatefulSet是一种新型的控制器，主要用于管理有状态的应用程序。StatefulSet可以根据用户的需求自动创建或删除有状态的Pod，并保证它们的标识符和网络标识符始终保持一致。
四、调度器
Kubernetes调度器是一个自动化调度系统，主要负责为新创建的Pod分配节点。调度器可以根据节点的资源状况和调度策略等因素选择最合适的节点，并将Pod调度到该节点上。Kubernetes中包括多种调度器，例如默认调度器、扩展调度器和自定义调度器等。
1、默认调度器
默认调度器是Kubernetes中的内置调度器，主要用于为新创建的Pod分配节点。默认调度器可以根据节点的资源状况和调度策略等因素选择最合适的节点，并将Pod调度到该节点上。
2、扩展调度器
扩展调度器是Kubernetes中的一种可扩展调度器，可以根据用户的需求自定义调度策略和调度器的实现方式。扩展调度器可以支持多种调度算法和调度规则，例如负载均衡、亲和性、节点选择器等。
3、自定义调度器
自定义调度器是Kubernetes中的一种自定义调度器，可以根据用户的需求编写和实现调度器的逻辑和算法。自定义调度器可以与Kubernetes的API Server和调度器交互，实现对集群资源的自定义调度和管理。
五、总结
Kubernetes是一个流行的容器编排平台，通过自动化应用程序的部署、伸缩和管理，为企业提供了更加高效、可靠和灵活的容器化解决方案。Kubernetes的核心组件包括API Server、Etcd、Controller Manager和Scheduler，通过对象模型、控制器和调度器等机制实现了对Kubernetes资源的描述和管理。理解Kubernetes的底层原理和机制，有助于更好地理解和应用Kubernetes的功能和特性。