跳到主要内容

Kubernetes 工作流程

介绍​

Kubernetes 是一个开源的容器编排平台，用于自动化部署、扩展和管理容器化应用程序。它的核心目标是通过自动化操作来简化容器化应用的运维工作。为了理解 Kubernetes 的工作原理，我们需要深入探讨其工作流程。

Kubernetes 的工作流程描述了从用户提交资源定义到 Kubernetes 集群实际运行容器的整个过程。这个过程涉及多个组件和步骤，包括 API 服务器、调度器、控制器、节点等。

Kubernetes 工作流程概述​

Kubernetes 的工作流程可以简化为以下几个关键步骤：

  1. 用户提交资源定义：用户通过 kubectl 或其他工具向 Kubernetes API 服务器提交资源定义（如 Pod、Deployment、Service 等）。
  2. API 服务器验证和存储：API 服务器接收请求，验证资源定义的合法性，并将其存储在 etcd 中。
  3. 调度器分配节点：调度器根据资源需求和集群状态，将 Pod 分配到合适的节点上。
  4. 节点上的 kubelet 启动容器：目标节点上的 kubelet 接收到调度器的指令后，启动容器并监控其状态。
  5. 控制器确保期望状态：控制器（如 Deployment 控制器）持续监控集群状态，确保实际状态与用户定义的期望状态一致。

下面我们将逐步详细讲解这些步骤。

1. 用户提交资源定义​

用户通过编写 YAML 或 JSON 文件定义 Kubernetes 资源，然后使用 kubectl 提交到集群。例如，以下是一个简单的 Pod 定义：

yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-pod
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:latest

使用以下命令提交资源定义：

bash
kubectl apply -f pod.yaml
备注

kubectl apply 是 Kubernetes 中常用的命令，用于创建或更新资源。

2. API 服务器验证和存储​

当用户提交资源定义后，kubectl 会将请求发送到 Kubernetes API 服务器。API 服务器是 Kubernetes 的核心组件，负责接收和处理所有请求。

API 服务器会执行以下操作：

  • 验证资源定义：检查 YAML 文件的语法和字段是否合法。
  • 存储到 etcd：将资源定义存储到 etcd 中，etcd 是 Kubernetes 的分布式键值存储系统。
提示

etcd 是 Kubernetes 的“大脑”，存储了集群的所有状态信息。

3. 调度器分配节点​

Kubernetes 调度器负责将 Pod 分配到合适的节点上运行。调度器会根据以下因素做出决策：

  • 资源需求（如 CPU、内存）。
  • 节点可用性。
  • 亲和性和反亲和性规则。
  • 污点和容忍度。

以下是一个调度过程的简化示例：

警告

如果集群中没有足够的资源，Pod 可能会处于 Pending 状态，直到有可用资源。

4. 节点上的 kubelet 启动容器​

一旦调度器将 Pod 分配到某个节点，该节点上的 kubelet 就会接收到指令。kubelet 是 Kubernetes 的节点代理，负责管理节点上的容器。

kubelet 会执行以下操作：

  • 拉取容器镜像。
  • 启动容器。
  • 监控容器状态并报告给 API 服务器。

例如，如果 Pod 定义中指定了 nginx:latest 镜像，kubelet 会从镜像仓库拉取该镜像并启动容器。

5. 控制器确保期望状态​

Kubernetes 控制器是确保集群状态与用户定义的期望状态一致的关键组件。例如，Deployment 控制器会确保指定数量的 Pod 副本始终运行。

如果某个 Pod 崩溃或被删除，控制器会检测到状态不一致，并创建新的 Pod 以替换它。

以下是一个 Deployment 的示例：

yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:latest
注意

控制器是 Kubernetes 自动化的核心，确保系统具有自愈能力。

实际案例：部署一个 Web 应用​

假设我们需要部署一个简单的 Web 应用，以下是完整的流程：

  1. 编写 Deployment 和 Service 的 YAML 文件。
  2. 使用 kubectl apply 提交到集群。
  3. Kubernetes 调度器将 Pod 分配到节点。
  4. kubelet 启动容器并监控状态。
  5. Deployment 控制器确保有 3 个 Pod 副本运行。
  6. Service 提供稳定的网络访问。

总结​

Kubernetes 的工作流程是一个高度自动化的过程，涉及多个组件的协作。从用户提交资源定义到容器实际运行，Kubernetes 通过 API 服务器、调度器、kubelet 和控制器等组件，确保集群状态始终与期望状态一致。

理解 Kubernetes 的工作流程是掌握其核心概念的关键。通过实际案例和逐步讲解，我们希望你能对 Kubernetes 的工作方式有更清晰的认识。

附加资源与练习​

  • 官方文档：Kubernetes 概念
  • 练习：尝试创建一个 Deployment 并观察其工作流程。
  • 深入学习：研究 Kubernetes 控制器的工作原理，如 ReplicaSet 和 StatefulSet。
提示

实践是学习 Kubernetes 的最佳方式。尝试在本地或云环境中部署一个简单的应用，观察其运行状态。