K8s核心组件与架构

20XX/XX/XXK8s核心组件与架构汇报人:XXXCONTENTS目录01

K8s基础核心概念02

K8s控制平面核心组件03

K8s工作节点核心组件04

K8s整体分层架构05

K8s集群部署核心逻辑06

K8s架构核心特性总结K8s基础核心概念01K8s的定义与作用

K8s的官方定义K8s即Kubernetes，是谷歌开源的容器编排引擎，用于自动化容器的部署、扩缩容与管理。

K8s的资源调度作用K8s可智能分配集群资源，像阿里云ACK集群，能让容器按需获取算力，保障服务稳定运行。

K8s的故障自愈作用当容器实例故障时，K8s会自动重启或替换实例，比如电商平台用它避免服务中断损失。核心术语梳理Pod（最小部署单元）作为K8s的最小部署单元，Pod可包含一个或多个容器，比如Nginx容器常以Pod形式部署运行。Node（工作节点）Node是K8s集群的工作节点，负责运行Pod，阿里云EKS集群中就包含多台云服务器作为Node节点。Namespace（命名空间）Namespace用于划分集群资源，可实现资源隔离，企业中常用它区分开发、测试、生产环境。K8s控制平面核心组件02集群资源的统一入口作为K8s集群的唯一入口，所有组件交互、用户操作都需通过它，比如kubectl指令的提交。集群状态的存储管控负责将集群资源状态存入etcd，确保数据一致性，如Pod部署信息的持久化存储。访问权限的安全校验提供认证、授权及准入控制机制，比如验证kubelet的身份权限、管控资源访问范围。kube-apiserver功能etcd存储功能

集群配置数据存储etcd负责存储K8s集群的各类配置数据，如Namespace、ResourceQuota等，保障配置的一致性。

集群状态数据持久化它持久化存储K8s集群的节点状态、Pod调度信息等，节点故障重启后可快速恢复集群状态。

分布式数据一致性保障借助Raft算法，etcd实现多节点数据同步，像阿里云ACK集群就依赖它确保数据的强一致性。kube-scheduler功能

Pod调度决策匹配kube-scheduler会依据Pod资源需求、节点资源剩余量等条件，筛选出符合要求的候选节点。

最优节点优先级排序它会通过优先级算法为候选节点打分，像阿里云ACK集群中就会优先选择资源负载低的节点。

调度绑定执行完成节点筛选排序后，kube-scheduler会将Pod与最优节点绑定，完成调度部署流程。节点故障自动修复当集群节点故障时，它会自动检测并将该节点上的Pod调度到健康节点，保障服务持续可用。副本数量动态维持它能监控Deployment等资源的副本数，自动创建或销毁Pod，确保实际数量与期望数量一致。资源状态自动同步实时跟踪集群中各类资源状态，一旦出现偏差，会立即触发修正操作，维持集群状态稳定。kube-controller功能云厂商控制器拓展

AWS云控制器管理器（AWSCloudControllerManager）它可将K8s集群与AWS云资源对接，支持自动创建ELB负载均衡、EBS存储卷等资源。

阿里云容器服务控制器（ACKController）能实现K8s集群与阿里云ECS、SLB等资源的联动，还可管控阿里云专有云的专属资源。

腾讯云TKE控制器拓展可让K8s集群对接腾讯云CVM、CLB等资源，支持自动调度腾讯云GPU实例适配AIworkload。K8s工作节点核心组件03kubelet功能

Pod生命周期管理负责Pod从创建、运行到终止的全周期管控，比如监控Pod内容器状态，异常时自动重启容器。

节点资源上报定时向K8s控制平面汇报节点CPU、内存等资源使用情况，为调度决策提供数据支撑。

容器健康检查通过存活探针、就绪探针监测容器状态，例如检测Nginx容器是否正常响应请求。kube-proxy功能

实现服务负载均衡kube-proxy可通过IPVS、iptables等模式，为K8s服务分配流量，比如将请求均匀转发至后端Pod。

维护网络规则转发它负责在节点上配置网络规则，确保Pod间、Pod与外部的通信，保障集群网络连通性。

会话亲和性管理支持基于客户端IP的会话亲和，让同一客户端请求始终发往同一Pod，适配特定业务需求。容器生命周期管理负责容器的创建、启动、暂停、终止等全周期操作，比如Docker可通过命令完成容器的启停管控。镜像存储与分发支持支持容器镜像的拉取、存储和管理，像containerd能高效分发DockerHub上的官方镜像至节点。资源隔离与限制通过cgroups、namespaces实现容器间资源隔离，可限制CPU、内存使用量，保障节点稳定运行。容器运行时功能节点辅助插件

Node-Exporter监控插件它负责采集节点CPU、内存等硬件指标，常被Prometheus集成，是集群运维监控的重要工具。

Calico网络插件作为主流容器网络插件，它为节点提供跨主机通信能力，保障Pod间网络高效互通。

kube-proxy代理插件它负责维护节点上的网络规则，实现Service的负载均衡，是集群流量分发的关键支撑。K8s整体分层架构04基础设施层物理服务器与虚拟机集群

作为K8s运行的硬件基础，阿里云ECS、腾讯云CVM等实例构成集群，承载容器运行的底层资源。网络通信基础设施

含交换机、路由器及SDN网络组件，如Calico，负责集群内Pod间、Pod与外部的稳定数据传输。存储资源池

由SAN、NAS及云存储服务如AWSEBS组成，为容器提供持久化存储，保障数据持久留存。核心组件层

01控制平面核心组件kube-apiserver作为集群的统一入口，它负责处理所有请求，比如阿里云ACK集群中通过它实现资源的增删改查操作。

02工作节点核心组件kubelet它是工作节点的代理，负责管理Pod生命周期，像腾讯云TKE集群中它保障容器的正常运行与监控。

03集群存储核心组件etcd作为分布式键值存储系统，它保存集群所有配置信息，比如华为云CCE集群依赖它实现数据的一致性同步。Deployment控制器编排作为K8s核心编排控制器，Deployment可实现Pod的滚动更新、扩容缩容，如电商大促时灵活调整实例数。StatefulSet有状态应用编排针对数据库等有状态服务，StatefulSet能保证Pod的稳定网络标识与持久化存储，适配MySQL集群部署需求。DaemonSet全局节点编排DaemonSet可在集群所有节点上运行指定Pod，常用于部署日志收集、监控代理类的系统级组件。应用编排层接口访问层kube-apiserver核心接口服务作为K8s的唯一入口，它提供RESTfulAPI，支持kubectl、Dashboard等工具与集群交互。认证与授权管控模块负责校验访问请求身份，通过RBAC等机制分配权限，比如限制普通用户修改集群节点。API请求准入控制插件在请求执行前做合法性校验，像PodSecurityPolicy插件可管控Pod的安全配置。K8s集群部署核心逻辑05节点角色规划逻辑控制节点职责划分控制节点需集中部署kube-apiserver、etcd等核心组件，负责集群调度与状态管控，保障决策高效统一。工作节点资源适配根据业务负载类型，为工作节点匹配CPU、内存资源，如电商场景可配置高算力节点支撑订单服务。节点容错性布局采用多控制节点跨可用区部署模式，像阿里云ACK集群一样，避免单点故障导致集群整体瘫痪。APIServer与etcd双向通信APIServer作为统一入口接收请求，将集群状态同步至etcd，同时从etcd读取配置信息实现数据一致性。ControllerManager与APIServer单向通信ControllerManager通过APIServer监听集群资源状态变化，触发控制循环以维持集群期望状态。kubelet与APIServer双向通信kubelet定期向APIServer上报节点和Pod状态，同时接收APIServer下发的Pod调度与管理指令。组件通信逻辑集群初始化逻辑

节点身份配置通过kubeadminit指令设置主节点身份，生成令牌与CA证书，实现主从节点的可信身份认证。

网络组件部署初始化时需部署Calico或Flannel等网络插件，打通节点间网络通信，确保Pod跨节点访问。

核心组件启动自动启动kube-apiserver、etcd、kube-controller-manager等核心组件，构建集群控制平面。K8s架构核心特性总结06可扩展性设计组件水平扩展机制K8s支持etcd、kube-apiserver等核心组件水平扩容，像字节跳动通过多实例部署支撑超大规模集群。资源动态调度扩展借助自定义调度器，用户可根据业务需求定制调度逻辑，阿里云基于此实现了特定场景的资源优化调度。API扩展能力通过CRD自定义资源定义，用户能扩展K8sAPI，比如PrometheusOperator就用CR