如何通过例子理解 k8s 架构

Kubernetes（简称 k8s）是一个开源的容器编排平台，用于自动化部署、扩展和管理容器化应用程序。理解 k8s 的架构对于有效地使用和管理它至关重要。本文将通过一个简单的例子来帮助你理解 k8s 的架构。

1. 基本概念

在深入理解 k8s 架构之前，我们需要先了解一些基本概念：

• Pod: k8s 中最小的部署单元，通常包含一个或多个容器。
• Node: 物理机或虚拟机，用于运行 Pod。
• Cluster: 由多个 Node 组成的集合，k8s 管理的资源池。
• Master: 控制平面，负责管理整个集群。
• Worker: 工作节点，负责运行实际的应用程序。

2. k8s 架构概述

k8s 的架构可以分为两个主要部分：控制平面（Master）和工作节点（Worker）。

2.1 控制平面（Master）

控制平面是 k8s 的大脑，负责管理整个集群。它包括以下组件：

• API Server: 提供 k8s API，是用户和管理工具与集群交互的入口。
• Scheduler: 负责将 Pod 调度到合适的 Node 上。
• Controller Manager: 负责运行各种控制器，如 Replication Controller、Node Controller 等。
• etcd: 分布式键值存储，用于保存集群的所有配置数据。

2.2 工作节点（Worker）

工作节点是 k8s 集群中实际运行应用程序的地方。每个工作节点包括以下组件：

• Kubelet: 负责与 Master 通信，管理 Pod 的生命周期。
• Kube Proxy: 负责网络代理和负载均衡。
• Container Runtime: 负责运行容器，如 Docker、containerd 等。

3. 通过例子理解 k8s 架构

假设我们有一个简单的 web 应用程序，需要部署到 k8s 集群中。我们将通过这个例子来理解 k8s 的架构。

3.1 创建 Deployment

首先，我们需要创建一个 Deployment 来描述我们的应用程序。Deployment 是 k8s 中用于管理 Pod 副本的资源对象。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: web-app
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: web-app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: web-app
    spec:
      containers:
      - name: web-app
        image: nginx:latest
        ports:
        - containerPort: 80

在这个例子中，我们定义了一个名为 web-app 的 Deployment，它包含 3 个副本的 Pod。每个 Pod 运行一个 nginx 容器，监听 80 端口。

3.2 提交 Deployment 到集群

当我们通过 kubectl apply -f web-app.yaml 提交这个 Deployment 到集群时，k8s 的控制平面会处理这个请求。

• API Server 接收到请求后，将 Deployment 的定义保存到 etcd 中。
• Scheduler 会检查集群中的 Node，选择一个合适的 Node 来运行 Pod。
• Controller Manager 会确保有 3 个 Pod 副本在运行，如果某个 Pod 失败，它会自动创建一个新的 Pod 来替换。

3.3 Pod 的调度和运行

一旦 Deployment 被提交，k8s 的 Scheduler 会选择一个合适的 Node 来运行 Pod。假设我们有一个包含 3 个 Node 的集群，Scheduler 可能会将 3 个 Pod 分别调度到不同的 Node 上。

在每个 Node 上，Kubelet 会接收到调度指令，并启动相应的容器。Kube Proxy 会为这些 Pod 配置网络，使得它们可以通过集群内部的 IP 地址相互通信。

3.4 访问应用程序

现在，我们的 web 应用程序已经在 k8s 集群中运行起来了。我们可以通过创建一个 Service 来暴露这个应用程序。

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: web-app-service
spec:
  selector:
    app: web-app
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 80
  type: LoadBalancer

这个 Service 会将所有带有 app: web-app 标签的 Pod 暴露出来，并通过负载均衡器将流量分发到这些 Pod 上。

4. 总结

通过这个简单的例子，我们可以看到 k8s 的架构是如何协同工作的。控制平面负责管理集群的状态和调度，而工作节点负责实际运行应用程序。理解这些组件及其相互作用，有助于我们更好地使用和管理 k8s 集群。

在实际的生产环境中，k8s 的架构会更加复杂，可能还会涉及到更多的组件和配置。但通过这个例子，我们已经对 k8s 的基本架构有了一个初步的了解。希望这篇文章能帮助你更好地理解 k8s 的架构和工作原理。