1▲ 点击上方"DevOps和k8s全栈技术"关注公众号
Kubernetes（K8s）为云原生应用提供了强大的管理和编排能力。本文将深入探讨Kubernetes的架构，解剖其核心组件，以帮助读者更好地理解这个复杂而强大的系统。
第一部分：K8S基本概念和架构介绍
1. Kubernetes基本概念
Pods： 是Kubernetes的最小调度单元，可以包含一个或多个容器。
Nodes： 是物理或虚拟机器，运行着Pods。
Cluster： 由多个Nodes组成的集合，共同工作来运行应用程序。
Services： 提供Pods的稳定网络和DNS标识。
2.Kubernetes整体架构
Kubernetes的架构是Master节点和Worker节点。
Master节点是集群的控制中心，主要包含以下组件：
etcd： etcd是一个分布式键值存储，用于保存整个集群的配置数据和状态信息。它通过Raft一致性算法保证高可用和数据一致性。etcd的数据模型是一个分层的键值树，其中包含了集群的所有配置信息，如Pods、Services、Nodes等。
kube-apiserver： kube-apiserver是Kubernetes的API服务器，它是集群的控制面的入口。它处理外部和内部的API请求，验证用户身份，对资源进行增删改查等。kube-apiserver的设计允许它通过多个实例水平扩展，确保高可用性。
kube-controller-manager： kube-controller-manager包含了多个控制器，每个控制器负责一类任务。常见的控制器包括Replication Controller、Namespace Controller、Service Account Controller等。这些控制器通过监听etcd中的资源变更来保持集群状态的一致性。
kube-scheduler： kube-scheduler负责将Pod调度到合适的Node上运行。它考虑了诸如资源需求、节点健康状况、调度策略等因素，并决定将Pod调度到哪个Node上。kube-scheduler可以通过配置和自定义策略进行扩展。
Worker节点主要负责运行pod，主要包含以下组件：
kubelet： kubelet是Node上的代理，负责与Master节点通信，确保Pod按照期望状态运行。它定期从API Server获取Pod配置，通过调用容器运行时（如Docker）来创建和管理容器。kubelet还负责监控容器的状态，以确保它们一直处于运行状态。
kube-proxy： kube-proxy维护网络规则和负责Pod之间的通信。它通过在每个Node上运行，为集群中的Service提供负载均衡和服务发现功能。kube-proxy使用iptables或者IPVS等技术来实现网络规则。
Container Runtime： Container Runtime是实际运行容器的软件，它负责解析镜像、创建容器、执行容器命令等。常见的Container Runtimes包括Docker(k8s1.24版本开始不支持docker了)、containerd、CRI-O等。Kubernetes通过CRI（Container Runtime Interface）定义了与Container Runtimes之间的标准接口，使得用户可以灵活选择Container Runtime。
3. Kubernetes网络模型
Kubernetes的网络模型是一个平面网络，每个Pod都有一个唯一的IP地址，可以直接与其他Pod通信。这种扁平化的网络模型简化了应用程序的网络配置和管理。各个Node上的kube-proxy通过维护iptables规则来实现Service的负载均衡。
4. 安全性与认证机制
Kubernetes具有严密的安全性机制，包括基于RBAC的权限控制、TLS加密通信、Pod安全策略等。认证机制通过API Server和kubelet之间的证书进行验证，确保只有授权的用户和组件才能访问集群。
5. 扩展性与自定义资源
Kubernetes的设计允许用户通过自定义资源（Custom Resource Definition，CRD）和控制器来扩展其功能。这使得用户能够定义和管理自己的资源类型，通过编写控制器来控制这些资源的行为。
第二部分：深入剖析K8S源码
源码地址：https://github.com/kubernetes/kubernetes
Kubernetes（K8s）是用 Go 语言编写的开源容器编排系统。深入解析 K8s 的源码涉及多个模块和组件，以下是对关键部分的简要解析：
1. 源码结构概览
K8s 的源码仓库结构清晰，主要模块包括 cmd、pkg、staging、api 等。以下是其中一些关键目录的简要描述：
cmd目录： 包含各个 K8s 组件的入口点，如 kube-apiserver、kube-controller-manager 等。pkg目录： 包含 K8s 的核心库，定义了许多基本的数据结构、函数和工具。staging目录： 包含实验性的和尚未正式发布的代码。api目录： 定义了 K8s 的 API 资源，如 Pod、Service 等。
2. kube-apiserver
kube-apiserver 是 K8s 集群的 API 服务器，是整个系统的入口。关键源码文件和实现细节包括：
cmd/kube-apiserver目录： 包含 kube-apiserver 的入口点和初始化逻辑。pkg/apiserver目录： 定义了 API Server 的核心逻辑和接口。pkg/master目录： 包含 API Server 的核心控制器逻辑。
3. etcd 存储系统
etcd 是 K8s 集群的分布式键值存储系统，用于保存整个集群的状态和配置信息。相关源码和关键实现细节包括：
pkg/storage目录： 包含 K8s 与存储系统交互的通用接口和逻辑。pkg/master/master.go文件： 定义了 K8s 控制面的核心 Master 结构，负责与 etcd 交互。staging/src/k8s.io/etcd目录： 包含 etcd 的源码。
4. kube-controller-manager
kube-controller-manager 包含了多个控制器，负责监控集群状态并确保其满足用户的期望状态。相关源码和实现细节包括：
cmd/kube-controller-manager目录： 包含 kube-controller-manager 的入口点和初始化逻辑。pkg/controller目录： 定义了 K8s 控制器的通用接口和基础逻辑。pkg/controller/<controller_name>目录： 每个控制器的具体实现。
5. kube-scheduler
kube-scheduler 负责将 Pod 调度到集群中的合适节点上，以确保资源的高效利用。相关源码和实现细节包括：
cmd/kube-scheduler目录： 包含 kube-scheduler 的入口点和初始化逻辑。pkg/scheduler目录： 定义了 K8s 调度器的通用接口和基础逻辑。pkg/scheduler/algorithm目录： 包含调度算法的实现。
6. kubelet
kubelet 运行在每个节点上，负责管理节点上的容器，与 kube-apiserver 通信并确保 Pod 的正常运行。相关源码和实现细节包括：
cmd/kubelet目录： 包含 kubelet 的入口点和初始化逻辑。pkg/kubelet目录： 定义了 K8s kubelet 的核心逻辑和接口。pkg/kubelet/kubelet_pods.go文件： 定义了 Pod 生命周期管理的关键逻辑。
7. kube-proxy
kube-proxy 负责维护网络规则，实现 Pod 之间的通信和 Service 的负载均衡。相关源码和实现细节包括：
cmd/kube-proxy目录： 包含 kube-proxy 的入口点和初始化逻辑。pkg/proxy目录： 定义了 K8s kube-proxy 的核心逻辑和接口。pkg/proxy/iptables.go文件： 定义了 iptables 规则维护的关键逻辑。
上面只是源码中的一部分，更详细的源码解读需要参考官网：https://github.com/kubernetes/kubernetes
本周精彩文章推荐
2023年亲身经历总结 | 记录从大学到现在历程
1、现代化战机之路：美国空军U-2侦察机基于Jenkins和k8s的CI/CD架构演进
2、干掉99%传统运维：基于Jenkins和K8S构建DevOps流水线
3、合肥电信/Kubernetes技术培训
4、安全实践：保障 Kubernetes 生产环境的安全性
5、Kubernetes 1.29 发布：新增特性一览
6、基于K8S运行一个猜字游戏程序：包含完整步骤|附带Go开发贪吃蛇小游戏
作者微信：luckylucky421302
加微信，可以进学习交流群。文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-861034.html
点赞收藏，服务器10年不宕机
文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-861034.html
到了这里，关于简单易学的Kubernetes（k8s）：架构和源码解读的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容，请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章，希望大家以后多多支持TOY模板网！
