k8s底层实现原理
时间: 2025-04-25 12:35:37 浏览: 20
### Kubernetes 底层架构及实现原理
#### 1. 架构概述
Kubernetes(简称 K8s)采用分布式系统设计,其核心在于提供了一个稳定可靠的平台用于部署、管理和扩展容器化应用。该系统由多个组件构成,分为控制平面和工作节点两大部分[^2]。
#### 2. 控制平面
控制平面对应于集群的大脑部分,负责全局状态管理和服务发现等功能。主要包括以下几个重要组成部分:
- **API Server**: 提供 RESTful 接口作为外部访问入口,处理来自客户端的各种请求;同时也是内部各模块间通信的重要桥梁,承担着数据交换的任务。API Server 实现了完整的认证授权流程,并支持灵活的安全策略配置[^3]。
- **Scheduler (调度器)**: 负责决定新创建的 Pod 放置在哪台机器上运行,基于多种因素综合考量做出最优决策,比如资源利用率、亲和性/反亲和性规则等。
- **Controller Manager (控制器管理器)**: 维护集群的状态一致性,确保期望状态能够被正确实施。内置有不同类型的控制器来应对各种特定需求,如 Node Controller, Replication Controller 等。
- **etcd**: 高可用键值数据库,保存了整个集群的所有配置信息与当前状态记录,是唯一的数据源真相所在之处。
```bash
# 查看 etcd 成员列表
kubectl get endpoints -n kube-system | grep etcd
```
#### 3. 工作节点(Node)
每个工作节点都是承载实际业务负载的地方,上面会安装必要的服务进程以配合控制面完成任务分配等工作:
- **kubelet**: 运行在每一个Node上的代理程序,负责监听 API server 上关于本机 Pod 的变更事件并据此操作本地容器引擎(CRI),从而达到启动或停止指定容器的效果。
- **kube-proxy**: 实现 Service 的网络代理逻辑,在每台主机上维护 iptables 或 ipvs 规则集,使得流量可以按照预定义的方式转发给目标 Pods。
- 容器运行时(如 Docker Engine): 执行具体的镜像拉取、容器生命周期管理等基础功能。
#### 4. 存储编排
为了满足不同类型的应用对于持久化存储的需求,Kubernetes 设计了一套完善的卷插件体系(Volume Plugin System)[^1]。这允许用户轻松集成第三方存储解决方案,同时也提供了诸如动态供应(Dynamic Provisioning)这样的高级特性,极大地简化了运维人员的工作量。
#### 5. 网络模型
Kubernetes 中所有的 Pod 默认都拥有独立 IP 地址,彼此可以直接相互通信而不受宿主机限制。这种扁平化的网络结构依赖于 CNI(Container Network Interface) 插件的支持,常见的方案包括 Flannel、Calico 等。
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