Kubernetes的工作机制
云计算时代的操作系统
Kubernetes 是一个生产级别的容器编排平台和集群管理系统，能够创建、调度容器，监控、管理服务器。
Kubernetes 的基本架构
操作系统的一个重要功能就是抽象，从繁琐的底层事务中抽象出一些简洁的概念，然后基于这些概念去管理系统资源。
Kubernetes 也是这样，它的管理目标是大规模的集群和应用，必须要能够把系统抽象到足够高的层次，分解一些松耦合的对象，才能简化系统模型，减轻用户的心智负担。
Kubernetes 采用了现今流行的控制面/数据面(Control Plane / Data Plane)架构，集群里的计算机被称为“节点”(Node)，可以是实机也可以是虚机，少量的节点用作控制面来执行集群的管理维护工作，其他的大部分节点都被划归数据面，用来跑业务应用。
控制面的节点在 Kubernetes 里叫做 Master Node，一般简称为 Master，它是整个集群中最重要的部分，可以说是 Kubernetes 的大脑和心脏。
数据面的节点叫做 Work Node，一般就简称 Worker 或者 Node，相当于 Kubernetes 的手和脚，在 Master 的指挥下干活。
Node 的数量非常对，构成了一个资源池，Kubernetes 就在这个池里分配资源，调度应用。因为资源被“池化”了，所以管理也就变得比较简单，可以在集群中任意添加或者删除节点。
在这张架构图里，我们还可以看到有一个 kubectl，它就是 Kubernetes 的客户端工具，用来操作 Kubernetes，但它位于集群之外，理论上不属于集群。
你可以使用命令 kubectl get node 来查看 Kubernetes 的节点状态：
$ kubectl get nodeNAME STATUS ROLES AGE VERSION
minikube Ready control-plane,master 2d22h v1.23.3可以看到当前的 minikube 集群里只有一个 Master，Master 和 Node 的划分不是绝对的。当集群的规模较小，工作负载较少的时候，Master 也可以承担 Node 的工作，就像我们搭建的 minikube 环境，它就只有一个节点，这个节点既是 Master 又是 Node。
节点内部的结构
Kubernetes 的节点内部也具有复杂的结构，是由很多的模块构成，这些模块又可以分成组件(Component)和插件(Addon)两类。
组件实现了 Kubernetes 的核心功能特性，没有这些组件 Kubernetes 就无法启动，而插件则是 Kubernetes 的一些附加功能，属于“锦上添花”，不安装也不会影响 Kubernetes 的正常运行。
Master 里的组件有哪些
Master 里有 4 个组件，分别是 apiserver、etcd、scheduler、controller-manager。
- apiserver 是 Master 节点——同时也是整个 Kubernetes 系统的唯一入口，它对外公开了一系列的 RESTful API，并且加上了验证、授权等功能，所有其他组件都只能和它直接通信，可以说是 Kubernetes 里的联络员。
- etcd 是一个高可用的分布式 Key-Value 数据库，用来持久化存储系统里的各种资源对象和状态，相当于 Kubernetes 里的配置管理员。注意它只与 apiserver 有直接联系，也就是说任何其他组件想要读写 etcd 里的数据都必须经过 apiserver。
- scheduler 负责容器的编排工作，检查节点的资源状态，把 Pod 调度到最适合的节点上运行，相当于部署人员。因为节点状态和 Pod 信息都存储在 etcd 里，所以 scheduler 必须通过 apiserver 才能获得。
- controller-manager 负责维护容器和节点等资源的状态，实现故障检测、服务迁移、应用伸缩等功能，相当于监控运维人员。同样地，它也必须通过 apiserver 获得存储在 etcd 里的信息，才能够实现对资源的各种操作。
这 4 个组件也都被容器化了，运行在集群的 Pod 里，我们可以用 kubectl get pod -n kube-system 来查看它们的状态：
$ kubectl get pod -n kube-systemNAME READY STATUS RESTARTS AGE
coredns-64897985d-mxgbs 1/1 Running 1 (35h ago) 2d22h
etcd-minikube 1/1 Running 1 (35h ago) 2d22h
kube-apiserver-minikube 1/1 Running 1 (35h ago) 2d22h
kube-controller-manager-minikube 1/1 Running 1 (35h ago) 2d22h
kube-proxy-w2kqj 1/1 Running 1 (35h ago) 2d22h
kube-scheduler-minikube 1/1 Running 1 (60m ago) 2d22h
storage-provisioner 1/1 Running 4 (59m ago) 2d22h-n kube-system 参数，表示检查“kube-system”名字空间里的 Pod。
Node 里的组件有哪些
Master 里的 apiserver、scheduler 等组件需要获取节点的各种信息才能够作出管理决策，这就需要 Node 里的 3 个组件，分别是 kubelet、kube-proxy、container-runtime。
- kubelet 是 Node 的代理，负责管理 Node 相关的绝大部分操作，Node 上只有它能够与 apiserver 通信，实现状态报告、命令下发、启停容器等功能，相当于是 Node 上的一个“小管家”。
- kube-proxy 的作用有点特别，它是 Node 的网络代理，只负责管理容器的网络通信，简单来说就是为 Pod 转发 TCP/UDP 数据包，相当于是专职的“小邮差”。
- container-runtime，它是容器和镜像的实际使用者，在 kubelet 的指挥下创建容器，管理 Pod 的生命周期，是真正干活的“苦力”。
注意，Kubernetes 的定位是容器编排平台，所以它没有限定 container-runtime 必须是 Docker，完全可以替换成任何符合标准的其他容器运行时，例如 containerd、CRI-O 等等，只不过在这里我们使用的是 Docker。
插件(Addons)有哪些
只要服务器节点上运行了 apiserver、scheduler、kubelet、kube-proxy、container-runtime 等组件，就可以说是一个功能齐全的 Kubernetes 集群了。
不过就像 Linux 一样，操作系统提供的基础功能虽然“可用”，但想达到“好用”的程度，还是要再安装一些附加功能，这在 Kubernetes 里就是插件(Addon)。
由于 Kubernetes 本身的设计非常灵活，所以就有大量的插件用来扩展、增强它对应用和集群的管理能力。
minikube 也支持很多的插件，使用命令 minikube addons list 就可以查看插件列表：
$ minikube addons list|-----------------------------|----------|--------------|--------------------------------|
| ADDON NAME | PROFILE | STATUS | MAINTAINER |
|-----------------------------|----------|--------------|--------------------------------|
| ambassador | minikube | disabled | 3rd party (Ambassador) |
| auto-pause | minikube | disabled | Google |
| cloud-spanner | minikube | disabled | Google |
| csi-hostpath-driver | minikube | disabled | Kubernetes |
| dashboard | minikube | enabled ✅ | Kubernetes |
| default-storageclass | minikube | enabled ✅ | Kubernetes |
| efk | minikube | disabled | 3rd party (Elastic) |
| freshpod | minikube | disabled | Google |
| gcp-auth | minikube | disabled | Google |
| gvisor | minikube | disabled | Google |
| headlamp | minikube | disabled | 3rd party (kinvolk.io) |
| helm-tiller | minikube | disabled | 3rd party (Helm) |
| inaccel | minikube | disabled | 3rd party (InAccel |
| | | | [info@inaccel.com]) |
| ingress | minikube | disabled | Kubernetes |
| ingress-dns | minikube | disabled | Google |
| istio | minikube | disabled | 3rd party (Istio) |
| istio-provisioner | minikube | disabled | 3rd party (Istio) |
| kong | minikube | disabled | 3rd party (Kong HQ) |
| kubevirt | minikube | disabled | 3rd party (KubeVirt) |
| logviewer | minikube | disabled | 3rd party (unknown) |
| metallb | minikube | disabled | 3rd party (MetalLB) |
| metrics-server | minikube | disabled | Kubernetes |
| nvidia-driver-installer | minikube | disabled | Google |
| nvidia-gpu-device-plugin | minikube | disabled | 3rd party (Nvidia) |
| olm | minikube | disabled | 3rd party (Operator Framework) |
| pod-security-policy | minikube | disabled | 3rd party (unknown) |
| portainer | minikube | disabled | 3rd party (Portainer.io) |
| registry | minikube | disabled | Google |
| registry-aliases | minikube | disabled | 3rd party (unknown) |
| registry-creds | minikube | disabled | 3rd party (UPMC Enterprises) |
| storage-provisioner | minikube | enabled ✅ | Google |
| storage-provisioner-gluster | minikube | disabled | 3rd party (Gluster) |
| volumesnapshots | minikube | disabled | Kubernetes |
|-----------------------------|----------|--------------|--------------------------------|通常必备的插件有 DNS 和 Dashboard。
DNS 插件
DNS，它在 Kubernetes 集群里实现了域名解析服务，能够让我们以域名而不是 IP 地址的方式来互相通信，是服务发现和负载均衡的基础。由于它对微服务、服务网格等架构至关重要，所以基本上是 Kubernetes 的必备插件，不需要单独安装。
Dashboard 插件
Dashboard 就是仪表盘，为 Kubernetes 提供了一个图形化的操作界面，非常直观友好，虽然大多数 Kubernetes 工作都是使用命令行 kubectl，但有的时候在 Dashboard 上查看信息也是挺方便的。
你只要在 minikube 环境里执行一条简单的命令，就可以自动用浏览器打开 Dashboard 页面，而且还支持中文：
minikube dashboard
Kubernetes 大致工作流程
- 每个 Node 上的 kubelet 会定期向 apiserver 上报节点状态，apiserver 再存到 etcd 里。
- 每个 Node 上的 kube-proxy 实现了 TCP/UDP 反向代理，让容器对外提供稳定的服务。
- scheduler 通过 apiserver 得到当前的节点状态，调度 Pod，然后 apiserver 下发命令给某个 Node 的 kubelet，kubelet 调用 container-runtime 启动容器。
- controller-manager 也通过 apiserver 得到实时的节点状态，监控可能的异常情况，再使用相应的手段去调节恢复。
