K8s常用组件学习笔记

Kubernetes（简称K8s）是开源的容器编排平台，核心架构采用主从架构（控制平面+工作节点），所有组件协同实现容器的自动部署、调度、扩缩容、自愈及运维管理。本文整理K8s生产环境核心常用组件，涵盖架构核心组件、核心资源对象、必备附加组件，包含组件作用、核心特性、工作原理及使用场景，适合入门学习与实操复盘。

一、K8s整体架构概述

K8s集群分为两大核心层级，组件各司其职、解耦协作：

控制平面（Master节点）：集群"大脑"，负责全局调度、资源管理、状态监控、指令下发，不承载业务负载，保障集群稳定运行。
工作平面（Node节点）：集群"执行端"，负责运行具体的容器业务、执行控制平面下发的指令，处理实际业务流量。

二、控制平面核心组件（Master核心）

控制平面组件仅部署在Master节点（高可用集群多副本部署），是集群管理的核心，所有组件通过APIServer交互数据。

1. kube-apiserver（API服务）

核心定位：K8s集群的唯一入口、网关，所有组件交互的核心枢纽。

核心作用：

提供RESTful API接口，接收用户、其他组件的所有操作请求（创建/删除/更新资源）；
统一完成请求的认证、授权、准入控制，拦截非法操作；
所有组件（控制器、调度器、kubelet）均通过APIServer读写数据，不直接交互；
支持水平扩展，是集群唯一可横向扩容的控制平面组件。

核心特性：无状态组件、高可用、请求限流、资源校验，是集群最核心的基础组件。

2. etcd（分布式键值存储）

核心定位：K8s集群的"数据库"，唯一持久化存储组件。

核心作用：存储集群所有资源的状态数据、配置数据、元数据（Node、Pod、Deployment、Service等所有资源信息）。

核心特性：

强一致性、高可用、分布式事务，保证集群数据精准同步；
仅被kube-apiserver访问，其他组件不直接操作etcd；
生产环境必须部署奇数节点（3/5节点），保障集群选举容错。

3. kube-controller-manager（控制器管理器）

核心定位：集群状态"运维管家"，负责持续监控集群资源，驱动集群状态趋近用户期望状态。

核心原理：循环监控（Watch）资源实际状态，对比用户定义的期望状态，存在偏差则自动修复。

内置常用控制器：

节点控制器：监控Node节点状态，节点故障时自动标记、驱逐Pod；
副本控制器：保障Deployment/RS的Pod副本数始终符合配置期望；
端点控制器：维护Service与后端Pod的映射关系（Endpoints）；
命名空间控制器：管理命名空间生命周期，清理删除命名空间下的所有资源。

4. kube-scheduler（调度器）

核心定位：集群"资源分配官"，负责新建Pod的节点调度决策。

核心作用：监听未绑定节点的新Pod，根据集群节点资源使用率、亲和性、污点、资源配额等规则，筛选最优Node节点，将Pod调度到对应节点运行。

调度流程：预选（过滤不符合条件节点）→ 优选（打分排序最优节点）→ 绑定节点。

5. cloud-controller-manager（云控制器管理器）

核心定位：云厂商资源与K8s集群的对接组件，仅云环境集群使用。

核心作用：联动云厂商负载均衡、弹性网卡、云服务器等资源，实现Service负载均衡、节点弹性伸缩等云原生能力。

三、工作节点核心组件（Node核心）

所有工作节点必须部署的组件，负责执行业务容器运行、上报节点状态、处理网络流量，是业务运行的基础。

1. kubelet（节点代理）

核心定位：每个Node节点的"代理管家"，节点级核心组件。

核心作用：

与kube-apiserver通信，接收控制平面下发的Pod创建、删除、更新指令；
管理节点上所有Pod的生命周期：拉取镜像、启动容器、健康检查、重启异常容器；
定期上报节点、Pod的资源状态、运行状态到控制平面；
执行容器的资源配额限制（CPU、内存）。

2. kube-proxy（网络代理）

核心定位：集群网络流量转发组件，保障集群内外、Pod之间网络通信。

核心作用：

监听Service和Endpoints资源变化，实时维护节点的路由规则、iptables/ipvs规则；
实现Service的负载均衡、流量转发，支持Pod集群内互通、外部访问；
支持三种模式：userspace（老旧）、iptables（默认）、ipvs（高性能生产首选）。

3. 容器运行时（Container Runtime）

核心定位：容器运行的底层依赖，负责真正启动、运行容器。

常用类型：

Docker（传统主流，旧版本K8s默认）；
containerd（新版K8s默认，轻量化、高性能）；
CRI-O（专用K8s容器运行时）。

核心作用：镜像拉取、容器创建、启动、停止、销毁，实现容器资源隔离。

四、K8s核心资源组件（常用业务资源）

K8s通过资源对象定义业务，以下为日常开发、运维最常用的核心资源组件。

1. Pod（最小调度单元）

K8s最小的资源调度单元，一个Pod包含一个或多个紧密耦合的容器，共享网络、存储、命名空间资源。

核心特性：短暂性（可随时重建）、最小部署单元、不直接管理，通过控制器调度。

2. Deployment（无状态应用控制器）

最常用核心控制器，用于管理无状态应用（Nginx、后端服务等）。

核心能力：副本管理、滚动更新、版本回退、自动扩缩容、故障自愈。

底层依赖：通过ReplicaSet（副本集）间接管理Pod，记录版本历史，支持迭代更新。

3. StatefulSet（有状态应用控制器）

专门管理有状态应用（MySQL、Redis、Zookeeper等）。

核心特性：Pod名称固定、有序部署/销毁、稳定网络标识、持久化存储独立绑定Pod，重建后数据不丢失。

4. DaemonSet（节点守护控制器）

确保集群每个符合条件的节点运行一个Pod副本。

使用场景：节点监控、日志收集（ELK）、网络插件、安全代理等全局节点级服务。

5. Service（服务暴露与负载均衡）

为一组Pod提供统一访问入口，解决Pod动态变化导致的访问不稳定问题。

常用类型：

ClusterIP（默认）：集群内部访问，仅内网互通；
NodePort：节点端口暴露，外网可通过节点IP+端口访问；
LoadBalancer：云环境专属，对接云负载均衡，公网统一入口。

6. Ingress（七层路由网关）

统一管理HTTP/HTTPS七层流量，实现域名路由、路径转发、SSL证书配置、限流熔断。

优势：替代大量NodePort，统一入口、规范域名管理、节省端口资源，生产环境必备。

7. ConfigMap/Secret（配置与密钥管理）

ConfigMap：存储非敏感配置（配置文件、环境变量、脚本），明文存储；
Secret：存储敏感数据（密码、密钥、令牌、证书），Base64加密存储，保障数据安全。

核心作用：配置与容器解耦，无需重新打包镜像即可修改业务配置。

五、集群必备附加组件（生产刚需）

1. CoreDNS（集群DNS服务）

集群核心域名解析组件，默认部署在集群内。核心作用：实现Service、Pod的域名解析，支持集群内部服务通过域名互通，替代传统IP访问，适配Pod动态变化特性。

2. Metrics-Server（监控指标采集）

集群资源指标采集组件，替代老旧Heapster。核心作用：采集节点、Pod的CPU、内存、磁盘资源使用率，为kubectl top、HPA自动扩缩容提供数据支撑。

3. Ingress-Nginx（Ingress实现组件）

Ingress的具体实现控制器，通过Nginx实现七层流量转发，是生产环境最常用的入口网关组件。

4. Prometheus+Grafana（监控可视化）

生产环境标准监控组件：Prometheus负责采集集群、组件、业务指标，Grafana负责可视化展示、配置告警，实现集群全维度监控运维。

六、核心学习总结

控制平面：管全局、无业务负载，APIServer入口、etcd存数据、控制器控状态、调度器分资源；
工作节点：执行业务、跑容器，kubelet管Pod、kube-proxy管网络、运行时启容器；
业务资源：Deployment跑无状态、StatefulSet跑有状态、Service管访问、Ingress管路由；
附加组件：DNS保障通信、Metrics支撑运维、监控保障集群稳定。