Kubernetes 节点何时处于就绪状态？

在 Kubernetes 中，节点（Node）是一个工作负载的基本单元，容器被部署和运行在这些节点上。每个 Kubernetes 节点在加入集群后都需要经过一定的健康检查和状态评估，才能被集群标记为"就绪"状态。这一过程的关键是节点的 kubelet 组件，它负责管理节点与集群的交互，确保节点能与 Kubernetes 控制平面正常通信，并且所有必需的服务和资源都处于正常状态。

要了解节点何时处于就绪状态，需要理解 Kubernetes 中的几个关键概念和节点状态的管理机制。

节点的健康状态检查

每个节点在 Kubernetes 集群中都会被定期检查，以确保它能够处理工作负载。这一过程是通过 NodeCondition 来实现的，NodeCondition 是 Kubernetes 用于描述节点状态的机制，它包括以下几种常见的状态：

Ready：节点是否能接受新的 Pod 并运行现有的 Pod。
MemoryPressure：节点是否内存紧张。
DiskPressure：节点的磁盘空间是否不足。
PIDPressure：节点上的进程是否超出系统支持的上限。
NetworkUnavailable：节点的网络是否有问题。

这些条件由 kubelet 组件定期报告。只有当节点满足所有关键条件时，Kubernetes 控制平面才会将节点标记为"就绪"（Ready），意味着它可以正常接收并运行 Pod。

节点的注册过程

节点在 Kubernetes 集群中启动时，首先需要向 API 服务器注册。注册过程通常由 kubelet 完成。它向集群控制平面报告节点的详细信息，例如 CPU、内存、存储等资源，并请求加入集群。

以下是 kubelet 向 API 服务器注册节点的详细步骤：

kubelet 启动 ：kubelet 是每个节点上运行的主要守护进程。它负责监控容器运行时（如 Docker 或 containerd），管理容器和 Pod 的生命周期，并与控制平面通信。
节点注册 ：kubelet 会向 API 服务器发送节点注册请求，并报告该节点的资源信息。
健康检查：API 服务器接受注册后，集群会开始周期性地对节点进行健康检查，检查包括节点的资源状况、网络连接状况、磁盘压力和内存压力等。

在注册成功后，节点并不会立即处于就绪状态。它必须通过 Kubernetes 的健康检查系统，确保所有服务正常运行并能处理工作负载。

节点就绪状态的关键指标

节点从启动到进入就绪状态需要通过多个条件的检查。这些条件是由 kubelet 向控制平面报告的，通常包括以下几个方面：

网络是否可用 ：如果节点的网络不可用，Pod 将无法与其他 Pod 或服务进行通信。Kubernetes 会将该节点标记为 NetworkUnavailable。
内存和磁盘压力 ：如果节点的内存或磁盘空间不足，Kubernetes 会将节点标记为 MemoryPressure 或 DiskPressure，并可能会暂停在该节点上调度新的 Pod。
进程数压力：如果节点上运行的进程数过多，系统资源耗尽，也会影响节点的就绪状态。
与 API 服务器的连接 ：节点必须能够稳定地与 Kubernetes 控制平面进行通信。如果节点与 API 服务器的连接中断，Kubernetes 会将该节点标记为 NotReady。

在所有这些条件满足的情况下，节点才会进入就绪状态，并允许 Kubernetes 将新的工作负载调度到该节点上。

例子：节点从启动到就绪的过程

假设有一个三节点的 Kubernetes 集群，我们现在向其中新增一个节点，详细描述该节点从启动到进入就绪状态的过程。

kubelet 启动 ：我们在新节点上启动了 kubelet。kubelet 开始监控节点上的 Docker 守护进程，并与 Kubernetes API 服务器建立连接。
节点注册 ：kubelet 向 API 服务器发送了注册请求，报告该节点的硬件信息，包括 CPU、内存和存储资源。API 服务器将该节点加入到集群的节点列表中，但此时节点并未进入就绪状态。
健康检查开始 ：API 服务器开始对该节点进行健康检查。集群控制平面通过 kubelet 检查节点的资源利用情况，确认节点的网络、内存、磁盘等资源是否正常。
节点条件评估 ：在初步的健康检查过程中，节点的 NodeCondition 被检查。如果节点的网络配置有误，例如网络插件未正确安装，Kubernetes 会将该节点标记为 NetworkUnavailable。如果节点的磁盘空间或内存不足，也会触发相应的警报。
修复问题 ：管理员注意到新节点被标记为 NetworkUnavailable。这可能是因为节点的网络插件（例如 flannel 或 calico）未能正确部署。管理员修复了网络插件的配置问题后，节点重新进行健康检查。
节点就绪 ：网络问题修复后，kubelet 报告节点所有的 NodeCondition 均正常，API 服务器将该节点标记为 Ready，此时节点可以接收工作负载。

Kubernetes 节点状态的更新频率

Kubernetes 使用 kubelet 和 API 服务器之间的通信来定期更新节点的状态。kubelet 每隔 10 秒会向 API 服务器发送一次心跳消息，报告节点的当前状态。这些心跳消息用于保持节点状态的最新性，并帮助控制平面及时感知节点的状态变化。

如果 kubelet 失去与 API 服务器的通信能力，控制平面会在一定时间内（默认 40 秒）将该节点标记为 NotReady，并停止在该节点上调度新的工作负载。这一机制确保了集群的高可用性和可靠性。

节点状态变更的实际案例

在生产环境中，我们经常会遇到节点从 Ready 状态变为 NotReady 的情况。以下是一个实际案例，展示了如何处理节点状态变更问题。

假设在一个运行中的生产集群中，有一台节点突然从 Ready 状态变为 NotReady，这可能是因为节点的网络接口出现了问题。网络接口失效后，kubelet 无法与 API 服务器正常通信，导致该节点被标记为 NotReady。

管理员在日志中发现网络驱动程序出现了错误，并迅速修复了网络接口的问题。修复完成后，kubelet 恢复了与 API 服务器的连接，节点状态重新变为 Ready，并且可以再次调度新的 Pod。

在这个案例中，Kubernetes 的状态监控机制起到了关键作用，及时发现并报告了问题，从而确保了集群的稳定性和高可用性。

结论

Kubernetes 节点的"就绪"状态是集群健康运行的基础。节点只有在通过了多个健康检查并满足所有关键条件后，才会被标记为"就绪"。这一机制确保了集群在任何时候都能保持稳定性和可用性。

无论是通过网络、内存、磁盘等资源的监控，还是通过 kubelet 与控制平面的通信，Kubernetes 能够有效地监控节点的健康状况并及时响应异常。通过上述的实际案例，我们可以看到如何在生产环境中处理节点状态变更的问题，以及 Kubernetes 是如何通过其强大的健康检查和状态管理机制来保证集群的正常运行。