Kubernetes Node全解

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介?紹

Kubernetes在GitHub上擁有超過48,000顆星，超過75,000個commit，擁有以Google為代表的科技巨頭公司為主要貢獻者。可以說，Kubernetes已迅速掌管了容器生態系統，成為容器編排平臺的真正領導者。

Kubernetes提供了諸如部署的滾動和回滾、容器健康檢查、自動容器恢復、基于指標的容器自動擴展、服務負載均衡、服務發現（適用于微服務架構）等強大功能。在本文中，我們將討論Kubernetes重要的基本概念、master節點架構，并重點關注節點組件。

理解Kubernetes及其抽象

Kubernetes是一個開源的編排引擎，用于自動部署、擴展、管理和提供托管容器化應用程序的基礎架構。在基礎架構級別，Kubernetes集群由一組物理或虛擬機組成，每個機器都以特定角色運行。

Master機器就像是所有業務的大腦，負責編排所有運行在節點機器上的容器。每個節點都配有一個容器運行時。節點接收來自master的指令，然后執行操作來創建pod、刪除pod或調整網絡規則。

Master組件負責管理Kubernetes集群。它們管理pod的生命周期，pod是Kubernetes集群內部署的基本單元。Master Server運行以下組件：

• kube-apiserver?- 主要組件，為其他master組件公開API。

• etcd?- 分布式密鑰/值存儲庫，Kubernetes使用它來持久化存儲所有集群信息。

• kube-scheduler?– 依照pod規范中的信息，來決定運行pod的節點。

• kube-controller-manager?- 負責節點管理（檢測節點是否出現故障）、pod復制和端點創建。

• cloud-controller-manager?- 守護進程，充當API和不同云提供商工具（存儲卷、負載均衡器等）之間的抽象層。

節點組件是Kubernetes中的worker機器，受到master的管理。節點可以是虛擬機（VM）或物理機器——Kubernetes在這兩種類型的系統上都能良好運行。每個節點都包含運行pod的必要組件：

• kubelet?– 為位于那個節點上的pod監視API服務器，確保它們正常運行

• cAdvisor?- 收集在特定節點上運行著的pod的相關指標

• kube-proxy?- 監視API服務器，實時獲取pod或服務的變化，以使網絡保持最新

• 容器運行時 - 負責管理容器鏡像，并在該節點上運行容器

Kubernetes節點組件詳解

總而言之就是，節點上運行著兩個最重要的組件——kubelet和kube-proxy，除此之外還有一個負責運行應用容器化應用程序的容器引擎。

kubelet

kubelet處理著master和在其上運行的節點之間的所有通信。它以manifest的形式接收來自主設備的命令，manifest定義著工作負載和操作參數。它與負責創建、啟動和監視pod的容器運行時進行接合。

kubelet還會周期性地對配置的活躍度探針和準備情況進行檢查。它會不斷監視pod的狀態，并在出現問題時啟動新實例。kubelet還有一個內部HTTP服務器，在端口10255上顯示一個只讀視圖。除此之外，在/healthz上還有一個健康檢查端點，以及一些其他狀態端點。例如，我們可以在/pods獲取正在運行的pod的列表。我們還可以在/spec獲取kubelet正在運行的機器的詳情。

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kube-proxy

kube-proxy組件在每個節點上運行，負責代理UDP、TCP和SCTP數據包（它不了解HTTP）。它負責維護主機上的網絡規則，并處理pod、主機和外部世界之間的數據包傳輸。它就像是節點上運行著的pod的網絡代理和負載均衡器一樣，通過在iptables使用NAT實現東/西負載均衡。

kube-proxy過程位于連接到Kubernetes的網絡和在該特定節點上運行的pod之間。它本質上是Kubernetes的核心網絡組件，負責確保跨集群的所有元素有效地進行通信。當用戶創建Kubernetes服務對象時，kube-proxy實例會負責將該對象轉換為位于worker節點的、本地iptables規則集上的有意義的規則。iptables用于將分配給服務對象的虛擬IP轉換為服務映射的所有pod IP。

容器運行時

容器運行時負責從公有或私有鏡像倉庫中拉取鏡像，并根據這些鏡像運行容器。當下最流行的容器引擎無疑是Docker，不過Kubernetes還支持諸如rkt、runc等的其他容器運行時。正如我們在上文中提到過的，kubelet會直接與容器運行時交互，以啟動、停止或刪除容器。

cAdvisor

cAdvisor是一個開源代理，它能夠監視資源使用情況并分析容器的性能。cAdvisor最初由谷歌創建，現在已與kubelet集成。

位于每個節點上的cAdvisor實例，會收集、聚合、處理和導出所有正在運行的容器的指標，如CPU、內存、文件和網絡使用情況等。所有數據都將發送到調度程序，以確保調度程序了解節點內部的性能和資源使用情況。這些信息會被用于執行各種編排任務，如調度、水平pod擴展、管理容器資源限制等。

從動手實操了解節點組件端點

接下來，我們將安裝一個Kubernetes集群（在Rancher的幫助下），以此來開始探索節點組件公開的一些API。要完成下面的操作，我們需要：

• Google Cloud Platform帳戶（任何公有云也都是一樣的）

• 一臺主機，后續Rancher會運行在它上面（可以是個人PC / Mac或公有云中的VM）

• 在同一主機上，安裝kubectl和 Google Cloud SDK。驗證好您的相關credential（gcloud init和gcloud auth login），確保gcloud能正常訪問您的Google Cloud賬戶

• 在GKE上運行的Kubernetes集群（運行EKS或AKS也是相同的）

啟動Rancher實例

首先，啟動Rancher實例。這一過程非常簡單，參考快速上手指南即可：

https://rancher.com/quick-start/

使用Rancher部署GKE集群

使用Rancher設置和配置Kubernetes集群，同樣是按指南進行操作即可：

https://rancher.com/docs/rancher/v2.x/en/cluster-provisioning/hosted-kubernetes-clusters/gke/

部署好集群后，我們可以快速部署Nginx以進行測試：

為了與Kubernetes API進行交互，我們需要在本地計算機上啟動代理服務器：

讓我們檢查一下進度，看它是否正在正常運行，以及是否在監聽默認端口：

現在，在瀏覽器中，檢查kubelet公開的各種端點：

接下來，顯示集群可用節點的列表：

我們可以通過spec來檢查所有列出的、使用API的節點。在本文的示例中，我們使用n1-standard-1機器類型（1個vCPU，3.75GB RAM，10GB的根大小磁盤）創建了一個3節點集群。我們可以通過訪問專用端點來確認這些規范：

在不同端點使用相同的kubelet?API，我們可以檢查我們創建的Nginx pod，以查看它們正運行在什么節點上。

首先，列出正在運行的pod：

現在，curl每個節點的/proxy/pods端點，查看其運行的pod列表：

我們還可以檢查cAdvisor端點，它會以Prometheus格式輸出大量數據。默認情況下，這在/metrics?HTTP端點可用：

SSH到節點并直接調用kubelet端口，也可以獲得相同的cAdvisor或pod信息：

清理

要清理我們在本文中使用的資源，只需從Rancher UI中刪除Kubernetes集群即可（選擇集群并點擊Delete按鈕就可以了）。這將刪除我們的集群正在使用的所有節點以及關聯的IP地址。如果您是在公有云中使用VM來運行Rancher，那么您也需要處理它。找出您的實例名稱，然后將其刪除即可：

結?語

在本文中，我們討論了Kubernetes節點機器的關鍵組件。之后，我們使用Rancher部署了一個Kubernetes集群，并完成了一個小型部署以幫助我們學習使用kubelet API。

若想了解有關Kubernetes及其架構的更多信息，Kubernetes官方文檔是一個不錯的起點：https://kubernetes.io/docs/concepts/overview/components/

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