K8s 集群 - 技术栈

一、控制平面组件（Control Plane Components）

控制平面组件对集群做出全局决策（如调度），并检测和响应集群事件（如根据 replicas 字段启动新 Pod）。

组件	核心功能	关键细节
kube-apiserver	集群的统一 API 入口，所有操作（kubectl、其他组件、外部调用）均通过它	• 提供认证、授权、准入控制机制 • 唯一与 etcd 直接交互的组件 • 无状态，可水平扩展
etcd	分布式、高可用的键值存储，用于保存所有集群数据	• 存储 Pod、Service、ConfigMap、Secret 等对象的状态和元数据 • 仅 API Server 可直接访问 • 生产环境建议 3/5/7... 奇数节点集群
kube-scheduler	负责为新创建的未调度的 Pod 选择最合适的工作节点	• 调度策略：预选（过滤不满足节点）→ 优选（打分排序） • 可自定义调度器或扩展调度插件
kube-controller-manager	运行集群中所有内置控制器，确保集群处于期望状态	• 包含：节点控制器、副本集控制器、端点控制器、服务账户控制器等 • 每个控制器通过 API Server 监视资源变化，并执行调谐循环（Reconcile Loop）
cloud-controller-manager（可选）	托管与底层云提供商（AWS、GCP、Azure、阿里云等）交互的控制逻辑	• 将云厂商特定逻辑从核心控制器剥离，便于多云适配 • 典型控制器：节点控制器（检测云 VM 状态）、路由控制器（设置网络路由）、服务控制器（管理 LoadBalancer 型 Service）

二、工作节点组件（Node Components）

每个工作节点上必须运行以下组件，用于维护运行的 Pod 并提供 Kubernetes 运行时环境。

组件	核心功能	关键细节
kubelet	节点上的"节点代理"，负责管理该节点上所有 Pod 的生命周期	• 接收来自 API Server 的 PodSpec，确保容器健康运行 • 上报节点和 Pod 状态至 API Server • 定期执行存活/就绪探针
kube-proxy	维护节点上的网络规则，实现 Service 抽象（VIP 和负载均衡）	• 支持代理模式：iptables（默认）、IPVS、userspace • 监听 API Server 中 Service 和 EndpointSlice 的变化，并更新内核路由规则
容器运行时（Container Runtime）	拉取镜像并运行容器	• 必须实现 CRI（Container Runtime Interface）标准 • 常见实现：containerd（推荐）、CRI-O、Docker Engine（通过 cri-dockerd 适配）

补充说明：传统 Docker Engine 在 1.20 之后不再被 kubelet 原生支持，需要额外的对接组件。

三、核心附加组件（Addons）

生产集群通常需要部署附加组件来增强功能，它们通过 Deployment / DaemonSet 等形式运行。

组件	功能说明
CoreDNS	集群内部 DNS 服务器，为 Service 提供稳定的名称解析（如 `my-service.default.svc.cluster.local`）
Ingress Controller	管理外部访问集群服务的 HTTP/HTTPS 路由（如 Nginx Ingress、Traefik、HAProxy Ingress）
Metrics Server	采集节点和 Pod 的资源使用指标（CPU/内存），用于 HPA（水平自动扩缩）和 `kubectl top`
Dashboard	Web UI 界面，方便可视化操作集群
CNI 插件（网络插件）	实现 Pod 网络互通，必须安装一个，如 Calico（支持网络策略）、Flannel（简单）、Cilium（eBPF）
CSI 驱动（存储插件）	使集群可以通过 PVC 挂载外部存储系统（如云磁盘、NFS、Ceph）

四、组件交互简例（创建 Pod 的过程）

提交：用户向 kube-apiserver 发送创建 Pod 的请求（kubectl 或 API 调用）。
认证与存储 ：API Server 完成认证、授权、准入控制后，将 Pod 对象写入 etcd。
调度：kube-scheduler 通过 API Server 监听未调度的 Pod，为其选择最合适的节点，并更新 Pod 的 nodeName 字段。
启动容器 ：目标节点上的 kubelet 监测到 Pod 被调度到自己身上，调用容器运行时（containerd）创建并启动容器。
网络与服务 ：kube-proxy 负责维护 Pod IP 与 Service IP 的转发规则；CoreDNS 提供 Service 域名解析。
状态维持 ：kube-controller-manager 中的各个控制器持续监控集群状态，确保实际状态与期望一致。

五、总结图（文字结构）

text

复制代码

控制平面（Master）
+----------------+     +-----------------+
|   etcd         |<--->| kube-apiserver  |
+----------------+     +-----------------+
                               ^
                               | (通过 API 交互)
+----------------+     +-----------------+
| controller-man |     | kube-scheduler  |
+----------------+     +-----------------+

工作节点（Node1）                工作节点（Node2）
+---------------------+       +---------------------+
| kubelet             |       | kubelet             |
| kube-proxy          |       | kube-proxy          |
| container runtime   |       | container runtime   |
| (Pod1, Pod2, ...)   |       | (Pod3, Pod4, ...)   |
+---------------------+       +---------------------+

⚙️ 基础命令 (Beginner Commands) - 日常必备

这部分是使用 Kubernetes 最频繁的操作，主要涉及资源的创建、查看和基本操作。

kubectl get：列出各种资源。
- kubectl get nodes: 查看集群所有节点状态。
- kubectl get pods: 列出当前命名空间下的 Pod 。
- kubectl get svc: 列出集群服务。
- kubectl get all: 快速查看命名空间下几乎所有核心资源的状态。
- 常用参数:
  - -o wide: 展示更多信息，如 Pod 的 IP 和所在节点。
  - -n: 指定命名空间。
  - -A / --all-namespaces: 查看所有命名空间的资源。
kubectl describe：查看资源详情，是排查问题的重要工具。
- kubectl describe pod <pod-name>: 深入查看 Pod 的状态和事件，比如为什么处于 Pending 状态。
kubectl create：命令式地创建资源。
- kubectl create deployment nginx --image=nginx: 快速创建一个 Deployment。
- kubectl create namespace my-namespace: 创建一个新的命名空间。
- kubectl create -f manifest.yaml: 通过 YAML 文件创建资源。
kubectl apply：声明式管理资源，推荐使用。
- kubectl apply -f manifest.yaml: 创建或更新 YAML 文件中定义的资源。
- 与 create 的区别 : apply 更智能，它会计算变更并应用到现有对象；而 create 是命令式的，如果资源已存在会报错。
kubectl delete：删除资源。
- kubectl delete pod <pod-name>: 直接删除 Pod。
- kubectl delete -f manifest.yaml: 删除 YAML 文件里定义的所有资源。
- kubectl delete pods --all: 强制删除当前命名空间下所有 Pod（操作危险，需谨慎）。
kubectl edit：直接编辑运行中资源的配置。
- kubectl edit deployment nginx: 会打开默认编辑器，修改后立即生效。

📦 资源管理 (Management Commands) - 调度与变更

用于管理应用的生命周期，如部署、扩展和更新。

kubectl rollout：管理 Deployment 的滚动更新。
- kubectl rollout status deployment/<deployment-name>: 查看更新进度。
- kubectl rollout history deployment/<deployment-name>: 查看历史版本。
- kubectl rollout undo deployment/<deployment-name>: 回滚到上一个版本。
kubectl scale：手动调整副本数量。
- kubectl scale deployment <deployment-name> --replicas=5: 将 Deployment 扩展到 5 个 Pod。

🐛 调试与排查 (Debugging Commands) - 定位问题

当应用出现异常时，这些命令能帮我们进入容器内部、查看日志、排查配置。

kubectl logs：查看容器日志。
- kubectl logs <pod-name>: 查看单个 Pod 的日志。
- kubectl logs -f <pod-name>: 实时跟踪日志输出。
- kubectl logs <pod-name> -c <container-name>: 查看多容器 Pod 中指定容器的日志。
kubectl exec：在容器内执行命令。
- kubectl exec -it <pod-name> -- /bin/bash: 进入 Pod 内部，获取一个交互式 Shell。
kubectl port-forward：建立本地端口到 Pod 的转发。
- kubectl port-forward pod/<pod-name> 8080:80: 访问 localhost:8080 就能直接连到 Pod 的 80 端口。
辅助命令:
- kubectl top pod / node: 查看 Pod 或节点的实时资源（CPU/内存）使用情况。
- kubectl get events --sort-by=.metadata.creationTimestamp: 查看集群事件，并按发生时间排序。

🔧 高级/其他操作 (Advanced/Other Commands)

一些进阶管理命令。

存储相关:
- kubectl get pv: 查看持久卷。
- kubectl get pvc: 查看持久卷声明。
配置相关:
- kubectl get configmap: 查看 ConfigMap。
- kubectl get secret: 查看 Secret。默认输出进行了 Base64 编码，需要用 -o yaml 等参数获取具体内容。
网络相关:
- kubectl get ingress: 查看入口配置。
- kubectl get networkpolicy: 查看网络策略。
集群管理:
- kubectl get namespace: 查看集群命名空间。
- kubectl config view: 查看当前 kubeconfig 配置。
- kubectl config use-context <context-name>: 切换集群环境/上下文。

💡 实用技巧

配置 Shell 自动补全 ：为 kubectl 设置自动补全能极大提升输入效率和准确性。以常用的 bash 环境为例：

bash

复制代码

# 先安装 bash-completion 包（很多 Linux 发行版已经预装）
# Debian/Ubuntu: apt-get install bash-completion
# CentOS/RHEL: yum install bash-completion

# 启用 kubectl 的 bash 补全功能，并设置别名 k
echo 'source <(kubectl completion bash)' >>~/.bashrc
echo 'alias k=kubectl' >>~/.bashrc
echo 'complete -o default -F __start_kubectl k' >>~/.bashrc
exec $SHELL # 重新加载配置文件，或新开一个终端窗口

配置后，输入 k get po 然后按 Tab 键，就可以自动补全命令了。

常用全局标志：
- -n <namespace>: 指定操作的目标命名空间。
- -A, --all-namespaces: 操作目标为所有命名空间。
- --context: 指定 kubeconfig 中的上下文，用于快速切换集群。
- -l, --selector: 通过标签（labels）筛选资源。