Kubernetes 集群中安装的组件详解

ubernetes (K8s) 是一个用于自动部署、扩展和管理容器化应用程序的开源平台。它提供了一个灵活的架构，能够支持跨多个主机的应用程序部署。Kubernetes 通过其丰富的组件体系结构实现了这一点。本文将详细介绍 Kubernetes 集群中各个核心组件的作用及其安装配置。

目录
Kubernetes 集群概述
Kubernetes 组件的分类
控制平面组件
工作节点组件
控制平面组件详解
API 服务器 (kube-apiserver)
etcd
控制器管理器 (kube-controller-manager)
调度器 (kube-scheduler)
工作节点组件详解
kubelet
kube-proxy
容器运行时
其他重要组件
DNS (CoreDNS)
仪表板 (Kubernetes Dashboard)
Ingress 控制器
网络插件 (CNI 插件)
存储插件 (CSI 插件)
安装 Kubernetes 集群
使用 kubeadm 安装
使用 Minikube 安装
使用 kops 安装
结论

1. Kubernetes 集群概述
   Kubernetes 是一个强大的容器编排平台，它的主要目标是提供一个平台，使用户能够自动化部署、扩展和操作应用程序容器。Kubernetes 由多个组件组成，这些组件共同协作，以实现 Kubernetes 的各种功能。Kubernetes 集群通常由一个控制平面和若干工作节点组成。

2. Kubernetes 组件的分类
   控制平面组件
   控制平面组件负责管理整个集群的状态，协调集群中的各种操作。它们通常部署在集群的主节点（或多个主节点）上。

API 服务器 (kube-apiserver): 作为集群的控制入口点，所有的 REST 操作请求都通过 API 服务器。
etcd: 用于保存整个集群的配置和状态数据的分布式键值存储。
控制器管理器 (kube-controller-manager): 负责集群中各种控制器的运行。
调度器 (kube-scheduler): 负责根据调度策略将工作负载分配到适当的节点。
工作节点组件
工作节点组件负责运行实际的应用程序容器，并管理这些容器的生命周期。

kubelet: 负责节点上的容器管理，确保容器按预期运行。
kube-proxy: 负责维护网络规则，允许服务间通信。
容器运行时: 负责实际运行容器的底层软件，如 Docker 或 containerd。
3. 控制平面组件详解
API 服务器 (kube-apiserver)
API 服务器是 Kubernetes 控制平面的中心组件。它暴露 Kubernetes API，并处理所有的 RESTful 请求。API 服务器还提供集群的认证、授权、访问控制和 API 注册服务。

功能
API 聚合: 支持通过 API 聚合扩展 Kubernetes API。
认证和授权: 确保请求来自合法用户，并有权访问相应的资源。
请求路由: 将请求路由到合适的控制器或工作节点。
安装与配置
在使用 kubeadm 安装 Kubernetes 时，API 服务器通常作为主节点的一部分自动安装和配置。可以通过 kube-apiserver.yaml 文件对其进行自定义配置。

etcd
etcd 是一个高可用、分布式、键值存储系统，专为存储关键数据而设计。Kubernetes 使用 etcd 来存储所有集群数据，包括节点、Pod、服务配置等。

功能
数据持久化: 保存所有的集群状态和配置数据。
高可用性: 通过多节点集群提供高可用性和数据一致性。
安装与配置
etcd 可以独立安装，也可以作为 kubeadm 安装的一部分。etcd 的配置文件通常位于 /etc/kubernetes/manifests/etcd.yaml。

控制器管理器 (kube-controller-manager)
控制器管理器是 Kubernetes 控制平面的核心组件之一，负责运行各种控制器。控制器是 Kubernetes 中的后台进程，负责维护集群的状态，确保系统符合期望的状态。

功能
节点控制器: 监控节点的状态，并在节点失效时采取相应措施。
副本控制器: 确保集群中正确数量的 Pod 运行。
端点控制器: 维护服务与 Pod 的映射关系。
安装与配置
在 kubeadm 安装过程中，控制器管理器自动配置。其配置文件通常位于 /etc/kubernetes/manifests/kube-controller-manager.yaml。

调度器 (kube-scheduler)
调度器是 Kubernetes 的一个关键组件，负责将新创建的 Pod 分配到适当的节点上。调度器根据资源需求、硬件/软件/策略约束和亲和性/反亲和性规则做出决策。

功能
资源感知调度: 根据节点的资源可用性进行调度。
亲和性/反亲和性调度: 根据 Pod 和节点的亲和性/反亲和性规则进行调度。
安装与配置
调度器的安装和配置与其他控制平面组件类似。其配置文件通常位于 /etc/kubernetes/manifests/kube-scheduler.yaml。

4. 工作节点组件详解
   kubelet
   kubelet 是每个工作节点上运行的主要“节点代理”组件。它负责管理节点上的容器，确保它们按预期运行。

功能
Pod 生命周期管理: 确保每个 Pod 中的容器运行和健康。
日志收集: 收集和报告节点及其上运行的 Pod 的状态。
安装与配置
kubelet 通常通过安装 Kubernetes 节点包自动安装。配置文件通常位于 /etc/kubernetes/kubelet.conf。

kube-proxy
kube-proxy 是 Kubernetes 中的网络代理，负责实现服务的负载均衡和网络规则配置。它在每个节点上运行，并维护节点网络规则，使得服务可以在节点之间通信。

功能
服务代理: 通过 iptables 或 IPVS 实现服务的负载均衡。
网络规则配置: 管理和维护网络规则，允许服务之间的通信。
安装与配置
kube-proxy 的安装通常随 kubeadm 一起进行。其配置文件通常位于 /etc/kubernetes/kube-proxy.conf。

容器运行时
容器运行时是 Kubernetes 中负责运行容器的底层软件。常见的容器运行时包括 Docker、containerd 和 CRI-O。

功能
容器管理: 负责拉取、启动和停止容器。
镜像管理: 管理容器镜像，包括拉取和存储镜像。
安装与配置
容器运行时的安装和配置取决于所选择的运行时。例如，Docker 可以通过标准的包管理工具安装，并通过 daemon.json 文件进行配置。

5. 其他重要组件
   DNS (CoreDNS)
   CoreDNS 是 Kubernetes 中的默认 DNS 服务器，负责集群内部的 DNS 解析。它为 Pod 和服务提供名称解析，使它们可以通过 DNS 名称相互访问。

功能
DNS 解析: 提供集群内部的 DNS 解析服务。
插件架构: 支持通过插件扩展 DNS 功能。
安装与配置
CoreDNS 通常通过 kubeadm 自动安装。其配置文件通常位于 /etc/kubernetes/addons/coredns.yaml。

仪表板 (Kubernetes Dashboard)
Kubernetes Dashboard 是一个基于 Web 的用户界面，允许用户管理和监控 Kubernetes 集群。它提供了对集群中各种资源的可视化管理功能。

功能
资源管理: 提供创建、更新和删除集群资源的界面。
监控和调试: 提供集群状态和性能的监控功能。
安装与配置
Kubernetes Dashboard 可以通过 kubectl apply 命令部署。配置文件通常位于 https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/dashboard/v2.0.0/aio/deploy/recommended.yaml。

Ingress 控制器
Ingress 控制器负责管理外部访问到 Kubernetes 服务的流量。它提供基于 HTTP 和 HTTPS 的路由功能，使外部流量能够访问集群内的服务。