前言

K8S

K8S现在是一项必会的技能，它为软件工程师提供了强大的容器编排能力，模糊了开发和运维之间的边界，让我们开发、管理和维护一个大型的分布式系统和项目变得更加容易，并且每次面试多多少少都会问到，笔者也是被问到了很多次。本文就准备用最短的篇幅来介绍下K8S的工作过程。

K8S架构组成

Kubernetes最初源于谷歌内部的Borg，提供了面向应用的容器集群部署和管理系统。Kubernetes借鉴了Borg的设计理念，比如Pod、Service、Labels和单Pod单IP等。

K8S架构图

Kubernetes主要由以下几个核心组件组成：

• etcd保存了整个集群的状态；
• apiserver提供了资源操作的唯一入口，并提供认证、授权、访问控制、API注册和发现等机制；
• controller manager负责维护集群的状态，比如故障检测、自动扩展、滚动更新等；
• scheduler负责资源的调度，按照预定的调度策略将Pod调度到相应的机器上；
• kubelet负责维护容器的生命周期，同时也负责Volume（CVI）和网络（CNI）的管理；
• Container runtime负责镜像管理以及Pod和容器的真正运行（CRI）；
• kube-proxy负责为Service提供cluster内部的服务发现和负载均衡；

除了核心组件，还有一些推荐的Add-ons：

• kube-DNS负责为整个集群提供DNS服务
• Ingress Controller为服务提供外网入口
• Heapster提供资源监控
• Dashboard提供GUI
• Federation提供跨可用区的集群
• Fluentd-elasticsearch提供集群日志采集、存储与查询

k8s各组件间工作流程

K8S工作过程

①运维人员向kube-apiserver发出指令（我想干什么，我期望事情是什么状态）

（以下kube-apiserver简称apiserver、kube-controller-manager简称controller、kube-scheduler简称scheduler）

②api响应命令,通过一系列认证授权,把pod数据存储到etcd,创建deployment资源并初始化。(期望状态）

③controller通过list-watch机制,监测发现新的deployment,将该资源加入到内部工作队列,发现该资源没有关联的pod和replicaset,启用deployment controller创建replicaset资源,再启用replicaset controller创建pod。

④所有controller被创建完成后.将deployment,replicaset,pod资源更新存储到etcd。

⑤scheduler通过list-watch机制,监测发现新的pod,经过主机过滤、主机打分规则,将pod绑定(binding)到合适的主机。

⑥将绑定结果存储到etcd。

⑦kubelet每隔 20s(可以自定义)向apiserver通过NodeName 获取自身Node上所要运行的pod清单.通过与自己的内部缓存进行比较,新增加pod。

⑧kubelet创建pod。

⑨kube-proxy为新创建的pod注册动态DNS到CoreOS。给pod的service添加iptables/ipvs规则，用于服务发现和负载均衡。

⑩controller通过control loop（控制循环）将当前pod状态与用户所期望的状态做对比，如果当前状态与用户期望状态不同，则controller会将pod修改为用户期望状态，实在不行会将此pod删掉，然后重新创建pod。

总结

Kubernetes的架构设计，理清楚之后，其实还是很简单的。面试的时候问到K8S原理，对于大部分人来说能答出这些，基本上就差不多了。Kubernetes深入的实现原理，还需要单独分析，本文只是一个抛砖引玉，如果有错误，欢迎大家批评指正。大家一起努力进步！