Kubernetes架構
Kubernets核心組件
- API Server
- Controller Manager
- Scheduler
- Kubelet
- Kube-Proxy
- Etcd
Kubernetes API Server原理解析
總體來看，Kubernetes API Server的核心功能是提供Kubernetes各類資源對象（如Pod、RC、Service等）的增、刪、改、查及Watch等HTTP Rest接口，成爲集羣內各個功能模塊之間數據交互和通信的中心樞紐，是整個系統的數據總線和數據中心。除此之外，它還有以下一些功能特性。
（1）是集羣管理的API入口。
（2）是資源配額控制的入口。
（3）提供了完備的集羣安全機制。
API Server架構
Controller Manager原理解析
Controller Manager內部包含ReplicationController、Node Controller、ResourceQuotaController、Namespace Controller、ServiceAccountController、Token Controller、Service Controller及Endpoint Controller這8種Controller，每種Controller都負責一種特定資源的控制流程，而Controller Manager正是這些Controller的核心管理者。
Controller Manager架構圖如下
Scheduler原理解析
Kubernetes Scheduler在整個系統中承擔了“承上啓下”的重要功能，“承上”是指它負責接收Controller Manager創建的新Pod，爲其安排一個落腳的“家”——目標Node；“啓下”是指安置工作完成後，目標Node上的kubelet服務進程接管後繼工作，負責Pod生命週期中的“下半生”。
具體來說，Kubernetes Scheduler的作用是將待調度的Pod（API新創建的Pod、Controller Manager爲補足副本而創建的Pod等）按照特定的調度算法和調度策略綁定（Binding）到集羣中某個合適的Node上，並將綁定信息寫入etcd中。在整個調度過程中涉及三個對象，分別是待調度Pod列表、可用Node列表，以及調度算法和策略。簡單地說，就是通過調度算法調度爲待調度Pod列表中的每個Pod從Node列表中選擇一個最適合的Node。
隨後，目標節點上的kubelet通過API Server監聽到KubernetesScheduler產生的Pod綁定事件，然後獲取對應的Pod清單，下載Image鏡像並啓動容器。
完整的流程圖如下：
Kubelet運行機制解析
在Kubernetes集羣中，在每個Node（又稱Minion）上都會啓動一個kubelet服務進程。該進程用於處理Master下發到本節點的任務，管理Pod及Pod中的容器。每個kubelet進程都會在APIServer上註冊節點自身的信息，定期向Master彙報節點資源的使用情況，並通過cAdvisor監控容器和節點資源。
Kube-proxy運行機制解析
起初，kube-proxy進程是一個真實的TCP/UDP代理，類似HAProxy，負責從Service到Pod的訪問流量的轉發，這種模式被稱爲userspace（用戶空間代理）模式。當某個Pod以Cluster IP方式訪問某個Service的時候，這個流量會被Pod所在本機的iptables轉發到本機的kube-proxy進程，然後由kube-proxy建立起到後端Pod的TCP/UDP連接，隨後將請求轉發到某個後端Pod上，並在這個過程中實現負載均衡功能。
Kubernetes從1.2版本開始，將iptables作爲kube-proxy的默認模式。iptables模式下的kube-proxy不再起到Proxy的作用，其核心功能：通過API Server的Watch接口實時跟蹤Service與Endpoint的變更信息，並更新對應的iptables規則，Client的請求流量則通過iptables的NAT機制“直接路由”到目標Pod。
Kubernetes從1.8版本開始引入第3代的IPVS（IP Virtual Server）模式。IPVS在Kubernetes 1.11中升級爲GA穩定版。iptables與IPVS雖然都是基於Netfilter實現的，但因爲定位不同，二者有着本質的差別：iptables是爲防火牆而設計的；IPVS則專門用於高性能負載均衡，並使用更高效的數據結構（Hash表），允許幾乎無限的規模擴張，因此被kube-proxy採納爲第三代模式。
參考資料
Kubernetes權威指南：從Docker到Kubernetes實踐全接觸（第4版）龔正等