Kubernetes架构

    Borg是谷歌内部的大规模集群管理系统，负责对谷歌内部很多核心服务的调度和管理。Borg的目的是让用户能够不必操心资源管理的问题，让他们专注于自己的核心业务，并且做到跨多个数据中心的资源利用率最大化。

    Borg主要由BorgMaster、Borglet、borgcfg和Scheduler组成，如下图所示

    • BorgMaster是整个集群的大脑，负责维护整个集群的状态，并将数据持久化到Paxos存储中；
    • Scheduer负责任务的调度，根据应用的特点将其调度到具体的机器上去；
    • Borglet负责真正运行任务（在容器中）；

    Kubernetes借鉴了Borg的设计理念，比如Pod、Service、Label和单Pod单IP等。Kubernetes的整体架构跟Borg非常像，如下图所示。

    Kubernetes主要由以下几个核心组件组成：

    • etcd保存了整个集群的状态；
    • apiserver提供了资源操作的唯一入口，并提供认证、授权、访问控制、API注册和发现等机制；
    • controller manager负责维护集群的状态，比如故障检测、自动扩展、滚动更新等；
    • scheduler负责资源的调度，按照预定的调度策略将Pod调度到相应的机器上；
    • kubelet负责维护容器的生命周期，同时也负责Volume（CSI）和网络（CNI）的管理；
    • Container runtime负责镜像管理以及Pod和容器的真正运行（CRI）；
    • kube-proxy负责为Service提供cluster内部的服务发现和负载均衡；

    除了核心组件，还有一些推荐的插件，其中有的已经成为CNCF中的托管项目：

    • CoreDNS负责为整个集群提供DNS服务
    • Ingress Controller为服务提供外网入口
    • Prometheus提供资源监控
    • Dashboard提供GUI

    下图清晰表明了Kubernetes的架构设计以及组件之间的通信协议。

    Kuberentes架构（图片来自于网络）

    Kubernetes master架构示意图

    Kubernetes设计理念和功能其实就是一个类似Linux的分层架构，如下图所示。

    • 核心层：Kubernetes最核心的功能，对外提供API构建高层的应用，对内提供插件式应用执行环境
    • 应用层：部署（无状态应用、有状态应用、批处理任务、集群应用等）和路由（服务发现、DNS解析等）、Service Mesh（部分位于应用层）
    • 管理层：系统度量（如基础设施、容器和网络的度量），自动化（如自动扩展、动态Provision等）以及策略管理（RBAC、Quota、PSP、NetworkPolicy等）、Service Mesh（部分位于管理层）
    • 接口层：kubectl命令行工具、客户端SDK以及集群联邦
    • 生态系统：在接口层之上的庞大容器集群管理调度的生态系统，可以划分为两个范畴
      • Kubernetes外部：日志、监控、配置管理、CI/CD、Workflow、FaaS、OTS应用、ChatOps、GitOps、SecOps等
      • Kubernetes内部：CRI、、CSI、镜像仓库、Cloud Provider、集群自身的配置和管理等