Kubernetes设计架构

本文涉及的产品
传统型负载均衡 CLB,每月750个小时 15LCU
网络型负载均衡 NLB,每月750个小时 15LCU
应用型负载均衡 ALB,每月750个小时 15LCU
简介: Kubernetes 是一个开源的容器编排平台,用于自动化应用的部署、扩展和管理。其设计架构高度可扩展且灵活,能管理大规模分布式系统。核心组件包括集群(含主节点和工作节点)、API 服务器、etcd、控制器管理器、调度器、Pod、服务、命名空间、配置管理、持久化存储、网络模型及扩展性支持。这些组件共同实现了应用的高效运行与管理。

Kubernetes 是一个开源的容器编排平台,旨在自动化应用的部署、扩展和管理。它的设计架构具有高度的可扩展性和灵活性,能够管理大规模的分布式系统。以下是 Kubernetes 的核心设计架构及其主要组件:

1. 集群(Cluster)

Kubernetes 的基本单元是集群,由一组节点组成。这些节点可以是物理机或虚拟机,分为主节点(Master Node)和工作节点(Worker Node)。

2. 主节点(Master Node)

主节点负责集群的整体控制和管理,包含以下关键组件:

  • API 服务器(API Server): 集群的入口,处理所有 REST API 请求,并与 etcd 进行交互。API 服务器是 Kubernetes 的核心组件,其他组件都通过它来进行通信。
  • etcd: 一个分布式键值存储,用于保存集群的所有数据,如配置和状态信息。它确保数据的强一致性,是集群的源数据存储。
  • 控制器管理器(Controller Manager): 负责运行各种控制器以维护集群的期望状态。例如,节点控制器管理节点的生命周期,复制控制器确保特定数量的 Pod 副本在集群中运行。
  • 调度器(Scheduler): 负责根据资源需求和约束条件,将 Pod 分配到适合的工作节点上。调度器在集群负载均衡和资源优化中起关键作用。

3. 工作节点(Worker Node)

工作节点运行实际的应用容器,包含以下组件:

  • Kubelet: 每个节点的代理,与 API 服务器通信,确保容器按期望状态运行。Kubelet 还监控节点和容器的健康状态。
  • 容器运行时(Container Runtime): 实际负责运行容器的组件,如 Docker、containerd 等。它抽象了底层容器技术,为 Kubernetes 提供一致的接口。
  • Kube-proxy: 维护网络规则,管理集群内部的 Pod 通信和负载均衡。Kube-proxy 使用操作系统的网络功能实现数据包转发和路由。

4. Pod

Pod 是 Kubernetes 中的最小部署单元,一个 Pod 通常包含一个或多个容器,它们共享网络命名空间和存储卷。Pod 的 IP 地址在其生命周期内固定,但 Pod 本身具有短暂性。

5. 服务(Service)

服务为一组 Pod 提供持久的网络访问接口,即使 Pod 的 IP 地址变化,服务的 IP 和 DNS 名称仍然稳定。服务通过标签选择器(Selector)动态绑定到 Pod,支持负载均衡和自动发现。

6. 命名空间(Namespace)

命名空间用于在一个集群中隔离资源,不同的命名空间之间的资源相互独立。命名空间适用于多租户环境和大规模项目的资源管理。

7. 配置管理

Kubernetes 提供了两种主要的配置管理机制:

  • ConfigMap: 用于存储非敏感配置数据(如配置文件和环境变量)。
  • Secret: 用于存储敏感信息(如密码和密钥),这些信息以加密形式存储并管理。

8. 持久化存储(Persistent Storage)

Kubernetes 通过持久化卷(Persistent Volume, PV)和持久化卷声明(Persistent Volume Claim, PVC)来管理持久化存储。PV 是集群管理员预先配置的存储资源,PVC 则是用户对存储的请求,Kubernetes 自动将 PVC 绑定到合适的 PV 上。

9. 网络

Kubernetes 的网络模型赋予每个 Pod 独立的 IP 地址,Pod 之间可以直接通过 IP 进行通信。Kubernetes 还支持网络策略(Network Policy),用于定义和限制 Pod 之间的通信规则。

10. 扩展性

Kubernetes 通过自定义资源(Custom Resource)和自定义控制器(Custom Controller)支持用户扩展其功能。通过 Operator 模式,用户可以定义复杂应用的自动化操作。

11. 负载均衡

Kubernetes 提供内部和外部的负载均衡方案。内部负载均衡通过服务实现,外部负载均衡器可以通过云提供商的集成或 Ingress 控制器来配置

相关实践学习
通过Ingress进行灰度发布
本场景您将运行一个简单的应用,部署一个新的应用用于新的发布,并通过Ingress能力实现灰度发布。
容器应用与集群管理
欢迎来到《容器应用与集群管理》课程,本课程是“云原生容器Clouder认证“系列中的第二阶段。课程将向您介绍与容器集群相关的概念和技术,这些概念和技术可以帮助您了解阿里云容器服务ACK/ACK Serverless的使用。同时,本课程也会向您介绍可以采取的工具、方法和可操作步骤,以帮助您了解如何基于容器服务ACK Serverless构建和管理企业级应用。 学习完本课程后,您将能够: 掌握容器集群、容器编排的基本概念 掌握Kubernetes的基础概念及核心思想 掌握阿里云容器服务ACK/ACK Serverless概念及使用方法 基于容器服务ACK Serverless搭建和管理企业级网站应用
目录
相关文章
|
15天前
|
存储 Kubernetes 调度
|
9天前
|
运维 Kubernetes Docker
利用Docker和Kubernetes构建微服务架构
利用Docker和Kubernetes构建微服务架构
|
7天前
|
监控 持续交付 Docker
Docker 容器化部署在微服务架构中的应用有哪些?
Docker 容器化部署在微服务架构中的应用有哪些?
|
7天前
|
监控 持续交付 Docker
Docker容器化部署在微服务架构中的应用
Docker容器化部署在微服务架构中的应用
|
9天前
|
Kubernetes API 调度
【赵渝强老师】Kubernetes的体系架构
本文介绍了Kubernetes的体系架构及其核心组件。Kubernetes采用主从分布式架构,由master主节点和多个node工作节点组成。master节点负责集群管理和调度,运行API Server、scheduler、controller-manager等服务组件;node节点运行kubelet、kube-proxy和Docker容器守护进程,负责实际业务应用的运行。文章还简要介绍了Kubernetes的附加组件及其作用。
|
7天前
|
安全 持续交付 Docker
微服务架构和 Docker 容器化部署的优点是什么?
微服务架构和 Docker 容器化部署的优点是什么?
|
8天前
|
存储 监控 Docker
探索微服务架构下的容器化部署
本文旨在深入探讨微服务架构下容器化部署的关键技术与实践,通过分析Docker容器技术如何促进微服务的灵活部署和高效管理,揭示其在现代软件开发中的重要性。文章将重点讨论容器化技术的优势、面临的挑战以及最佳实践策略,为读者提供一套完整的理论与实践相结合的指导方案。
|
11天前
|
运维 Kubernetes Cloud Native
Kubernetes云原生架构深度解析与实践指南####
本文深入探讨了Kubernetes作为领先的云原生应用编排平台,其设计理念、核心组件及高级特性。通过剖析Kubernetes的工作原理,结合具体案例分析,为读者呈现如何在实际项目中高效部署、管理和扩展容器化应用的策略与技巧。文章还涵盖了服务发现、负载均衡、配置管理、自动化伸缩等关键议题,旨在帮助开发者和运维人员掌握利用Kubernetes构建健壮、可伸缩的云原生生态系统的能力。 ####
|
15天前
|
JavaScript 持续交付 Docker
解锁新技能:Docker容器化部署在微服务架构中的应用
【10月更文挑战第29天】在数字化转型中,微服务架构因灵活性和可扩展性成为企业首选。Docker容器化技术为微服务的部署和管理带来革命性变化。本文探讨Docker在微服务架构中的应用,包括隔离性、可移植性、扩展性、版本控制等方面,并提供代码示例。
52 1
|
23天前
|
Kubernetes 负载均衡 Docker
构建高效微服务架构:Docker与Kubernetes的完美搭档
本文介绍了Docker和Kubernetes在构建高效微服务架构中的应用,涵盖基本概念、在微服务架构中的作用及其实现方法。通过具体实例,如用户服务、商品服务和订单服务,展示了如何利用Docker和Kubernetes实现服务的打包、部署、扩展及管理,确保微服务架构的稳定性和可靠性。
75 7