基本架构

任何优秀的项目都离不开优秀的架构设计。本小节将介绍 Kubernetes 在架构方面的设计考虑。

基本考虑

如果让我们自己从头设计一套容器管理平台,有如下几个方面是很容易想到的:

  • 分布式架构,保证扩展性;
  • 逻辑集中式的控制平面 + 物理分布式的运行平面;
  • 一套资源调度系统,管理哪个容器该分配到哪个节点上;
  • 一套对容器内服务进行抽象和 HA 的系统。

运行原理

下面这张图完整展示了 Kubernetes 的运行原理。

Kubernetes 架构

可见,Kubernetes 首先是一套分布式系统,由多个节点组成,节点分为两类:一类是属于管理平面的主节点/控制节点(Master Node);一类是属于运行平面的工作节点(Worker Node)。

显然,复杂的工作肯定都交给控制节点去做了,工作节点负责提供稳定的操作接口和能力抽象即可。

从这张图上,我们没有能发现 Kubernetes 中对于控制平面的分布式实现,但是由于数据后端自身就是一套分布式的数据库(Etcd),因此可以很容易扩展到分布式实现。

控制平面

主节点服务

主节点上需要提供如下的管理服务:

  • apiserver 是整个系统的对外接口,提供一套 RESTful 的 Kubernetes API,供客户端和其它组件调用;
  • scheduler 负责对资源进行调度,分配某个 pod 到某个节点上。是 pluggable的,意味着很容易选择其它实现方式;
  • controller-manager 负责管理控制器,包括 endpoint-controller(刷新服务和 pod 的关联信息)和 replication-controller(维护某个 pod 的复制为配置的数值)。

Etcd

这里 Etcd 即作为数据后端,又作为消息中间件。

通过 Etcd 来存储所有的主节点上的状态信息,很容易实现主节点的分布式扩展。

组件可以自动的去侦测 Etcd 中的数值变化来获得通知,并且获得更新后的数据来执行相应的操作。

工作节点

  • kubelet 是工作节点执行操作的 agent,负责具体的容器生命周期管理,根据从数据库中获取的信息来管理容器,并上报 pod 运行状态等;
  • kube-proxy 是一个简单的网络访问代理,同时也是一个 Load Balancer。它负责将访问到某个服务的请求具体分配给工作节点上的 Pod(同一类标签)。

Proxy 代理对服务的请求