Kubernetes 集群组件详解

[一、Kubernetes 集群整体结构](#一、Kubernetes 集群整体结构)

二、控制平面组件

[1 kube-apiserver（API 服务器）](#1 kube-apiserver（API 服务器）)

[2 etcd（集群数据库）](#2 etcd（集群数据库）)

[3 kube-scheduler（调度器）](#3 kube-scheduler（调度器）)

[4 kube-controller-manager（控制器管理器）](#4 kube-controller-manager（控制器管理器）)

[Node Controller](#Node Controller)

[Job Controller](#Job Controller)

[EndpointSlice Controller](#EndpointSlice Controller)

[ServiceAccount Controller](#ServiceAccount Controller)

[5 cloud-controller-manager（云控制器）](#5 cloud-controller-manager（云控制器）)

[三、节点组件（Node Components）](#三、节点组件（Node Components）)

[1 kubelet（节点代理）](#1 kubelet（节点代理）)

[2 kube-proxy（网络代理）](#2 kube-proxy（网络代理）)

[3 容器运行时（CRI）](#3 容器运行时（CRI）)

[四、Kubernetes 插件](#四、Kubernetes 插件)

[1 网络插件](#1 网络插件)

Calico

Flannel

[Gateway API](#Gateway API)

[2 服务发现](#2 服务发现)

[3 可视化管理](#3 可视化管理)

[4 基础设施插件](#4 基础设施插件)

KubeVirt

[五、Kubernetes 标签（Labels）](#五、Kubernetes 标签（Labels）)

标签的作用

[1 资源选择](#1 资源选择)

[2 分类资源](#2 分类资源)

[3 批量管理](#3 批量管理)

常见标签示例

标签格式规则

[Kubernetes 官方推荐标签](#Kubernetes 官方推荐标签)

[六、标签选择器（Label Selector）](#六、标签选择器（Label Selector）)

[1 等值选择](#1 等值选择)

[2 节点选择示例](#2 节点选择示例)

[3 集合选择](#3 集合选择)

总结

Kubernetes 集群里面到底都有哪些组件？它们分别是干什么的？

一、Kubernetes 集群整体结构

一个 Kubernetes 集群主要由 两部分组成：

1️⃣ 控制平面（Control Plane）

2️⃣ 工作节点（Worker Node）

简单理解就是：

角色	作用
控制平面	负责管理整个集群
工作节点	负责运行真正的应用

每个 Kubernetes 集群 至少需要一个工作节点 ，因为 Pod（容器组）必须运行在节点上。

在生产环境中：

控制平面通常有 多台机器
节点也通常有多台

这样做的目的是：

✔ 提高可靠性

✔ 提高可用性

✔ 防止单点故障

下面这张图展示了 Kubernetes 的整体结构：

可以看到：

左边是 控制平面
右边是 多个 Node
每个 Node 里面运行 Pod

二、控制平面组件

控制平面可以理解为：

Kubernetes 的大脑

它负责：

做决策
调度 Pod
管理整个集群

主要包含以下组件：

kube-apiserver

etcd

kube-scheduler

kube-controller-manager

cloud-controller-manager

下面我们一个一个来看。

1 kube-apiserver（API 服务器）

kube-apiserver 是 Kubernetes 的核心组件。

它的作用非常简单：

所有操作 Kubernetes 的请求，都会先到这里。

比如：

bash 复制代码

kubectl create pod
kubectl delete service
kubectl get nodes

这些命令：

➡ 都会先发送到 kube-apiserver

然后再由 apiserver 去通知其他组件。

可以把它理解成：

Kubernetes 的统一入口。

特点：

提供 Kubernetes API
负责处理 REST 请求
支持水平扩展（可以部署多个实例）

2 etcd（集群数据库）

etcd 是 Kubernetes 的数据库。

它是一个：

高可用的键值存储系统

主要作用：

存储整个集群的所有状态数据

例如：

Node 信息
Pod 信息
Service 信息
ConfigMap
Secret

简单理解：

Kubernetes 的所有数据

全部存储在 etcd

如果 etcd 挂了：

⚠ 集群就会失去状态信息。

所以生产环境一定要：

✔ 做备份

✔ 做高可用部署

3 kube-scheduler（调度器）

kube-scheduler 的作用是：

给 Pod 选择运行在哪个 Node 上。

当一个 Pod 被创建时：

Pod -> 还没有 Node

调度器会根据多种条件选择合适节点：

比如：

CPU
内存
资源需求
亲和性
反亲和性
数据位置
节点限制

最终决定：

这个 Pod 应该运行在哪个 Node

4 kube-controller-manager（控制器管理器）

这个组件其实是一组 控制器的集合。

控制器的作用就是：

不断检查集群状态，并让实际状态接近期望状态

举个例子：

如果 Deployment 期望：

运行 3 个 Pod

但是现在只剩：

2 个 Pod

控制器就会：

自动创建新的 Pod

常见控制器包括：

Node Controller

负责：

监控节点状态

如果节点故障：

会做相应处理。

Job Controller

负责：

一次性任务

例如：

数据处理任务
批处理任务

它会创建 Pod 直到任务完成。

EndpointSlice Controller

负责：

维护 Service 与 Pod 的连接关系

简单理解：

就是维护 Service 的后端 Pod 列表。

ServiceAccount Controller

负责：

为 namespace 创建默认账户

这样 Pod 才能访问 API。

5 cloud-controller-manager（云控制器）

这是 云平台环境才会用到的组件。

它的作用：

让 Kubernetes 可以和云平台 API 交互

比如：

创建云负载均衡
管理云节点
管理云存储

常见云平台：

AWS
Azure
阿里云
腾讯云

如果你是在 本地学习 Kubernetes：

通常是 没有这个组件的。

三、节点组件（Node Components）

每个 Node 上都会运行一些组件。

主要有：

kubelet

kube-proxy

CRI（容器运行时）

它们的作用是：

负责运行 Pod，并维护节点环境。

1 kubelet（节点代理）

kubelet 是 每个节点上最重要的组件。

作用：

确保 Pod 正常运行

工作流程：

1️⃣ kubelet 从 API Server 获取 Pod 定义

2️⃣ 根据 PodSpec （Pod 的配置说明书）创建容器

3️⃣ 持续检查容器状态

如果容器挂了：

kubelet 会自动重启

注意：

kubelet 只管理 Kubernetes 创建的容器（不管理在节点上手动创建的容器）。

总结：

kubelet 是运行在每个 Kubernetes 节点（Node）上的代理程序，它的主要作用是根据 API Server 下发的 PodSpec（Pod 的配置说明）在本节点上创建并运行容器，同时持续监控 Pod 和容器的运行状态。如果容器出现异常，kubelet 会按照配置进行重启或恢复，并定期将节点和 Pod 的状态信息（如运行状态、资源使用情况等）汇报给 API Server，从而保证 Kubernetes 能够实时掌握整个集群中各个 Pod 的运行情况。

2 kube-proxy（网络代理）

kube-proxy 负责：

实现 Kubernetes Service 的网络功能

主要作用：

维护节点网络规则

这些规则可以实现：

Pod 和 Pod 通信
Pod 和 Service 通信
集群内外通信

实现方式：

通常通过：

iptables

或者：

IPVS

来实现网络转发。

另外需要注意：

有些网络插件（CNI）自己实现了代理功能。

这种情况下：

可以不运行 kube-proxy

3 容器运行时（CRI）

Kubernetes 本身 不会直接运行容器。

它是通过 容器运行时接口 CRI 来实现的。

CRI 的作用：

管理容器生命周期

例如：

创建容器
启动容器
删除容器

常见运行时：

containerd

CRI-O

以前常见的：

Docker

但现在 Kubernetes 已经不直接支持 Docker 了。

四、Kubernetes 插件

Kubernetes 还有很多插件，用来扩展功能。

常见插件包括：

网络插件

DNS

Dashboard

基础设施插件

1 网络插件

网络插件主要负责：

Pod 网络通信

常见插件有：

Calico

一个非常流行的网络插件。

特点：

支持网络策略
支持 BGP
支持高性能网络

总结：

网络插件负责为 Pod 分配 IP 地址并构建 Pod 网络，使不同节点上的 Pod 之间能够直接通信；而 kube-proxy 主要负责 Service 的网络代理功能，通过 iptables 或 IPVS 规则将访问 Service 的请求转发到后端 Pod，从而实现服务访问和负载均衡。

Flannel

比较简单的网络插件。

特点：

使用覆盖网络
部署简单
适合学习环境

Gateway API

用于：

管理 Kubernetes 网络入口

提供更灵活的：

路由
流量管理

2 服务发现

Kubernetes 内部需要 DNS。

最常见的就是：

CoreDNS

它可以实现：

Pod 通过 Service 名字访问服务

例如：

mysql.default.svc.cluster.local

3 可视化管理

Kubernetes 还提供一个 Web 界面：

Dashboard

它可以用来：

查看 Pod
查看 Node
管理资源
排查问题

对于新手来说非常友好。

4 基础设施插件

例如：

KubeVirt

这是一个比较特殊的插件。

它可以让 Kubernetes：

运行虚拟机

而不是只运行容器。

这样 Kubernetes 就能管理：

容器 + 虚拟机

五、Kubernetes 标签（Labels）

标签是 Kubernetes 非常重要的概念。

简单来说：

标签就是给资源打标记。

例如：

app: nginx

env: production

version: v1.0

这些标签可以添加到：

Pod
Node
Service
Deployment

等资源上。

标签的作用

标签主要有三个用途：

1 资源选择

例如：

Service 可以通过标签选择 Pod：

selector:

app: nginx

这样流量就会转发到这些 Pod。

2 分类资源

例如：

区分不同环境：

env: dev

env: prod

3 批量管理

例如：

删除某个版本的 Pod：

version=v1.0

常见标签示例

例如：

version: v1.1

release: stable

env: dev

app: myapp

标签格式规则

标签是：

key=value

例如：

app.kubernetes.io/component=database

标签 Key 分为两部分：

prefix/name

例如：

app.kubernetes.io/name

prefix 通常是：

DNS 子域名

例如：

app.kubernetes.io

Kubernetes 官方推荐标签

例如：

标签	作用
app.kubernetes.io/name	应用名称
app.kubernetes.io/instance	应用实例
app.kubernetes.io/version	应用版本
app.kubernetes.io/component	组件
app.kubernetes.io/part-of	所属系统
app.kubernetes.io/managed-by	管理工具

六、标签选择器（Label Selector）

标签选择器可以：

筛选一组资源

Kubernetes 支持两种方式：

1 等值选择

2 集合选择

1 等值选择

例如：

environment=production

Pod 示例：

bash 复制代码

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: label-demo
labels:
environment: production
app: nginx
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.14.2

2 节点选择示例

例如：

nodeSelector:

accelerator: nvidia-tesla-p100

Pod 就会调度到：

带 GPU 的节点

3 集合选择

支持操作符：

notin

exists

示例：

environment in (production, qa)

tier notin (frontend, backend)

partition

!partition

含义：

表达式	含义
environment in (production,qa)	选择 production 或 qa
tier notin	排除某些值
partition	只要存在这个标签
!partition	不存在该标签

也可以组合使用：

partition in (customerA, customerB), environment != qa

总结

Kubernetes 的核心可以总结为三层：

控制平面

节点组件

插件系统

整体工作流程可以简单理解为：

用户 -> API Server

-> Scheduler

-> Node

-> kubelet 创建 Pod

-> 容器运行时启动容器