Kubernetes核心架构全解析

Kubernetes 架构核心组件

Kubernetes 采用主从架构，由控制平面（Control Plane）和工作节点（Node）组成。控制平面负责集群状态管理，包括 kube-apiserver（API 入口）、etcd（分布式键值存储）、kube-scheduler（资源调度）、kube-controller-manager（运行控制器逻辑）。工作节点运行 kubelet（节点代理）、kube-proxy（网络代理）和容器运行时（如 containerd）。

Pod：最小调度单元

Pod 是 Kubernetes 的最小部署单元，由一个或多个紧密关联的容器组成，共享网络命名空间和存储卷。每个 Pod 分配唯一 IP，内部容器通过 localhost 通信。静态 Pod 由 kubelet 直接管理，无需通过 API 服务器。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx-pod
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.19
    ports:
    - containerPort: 80

控制器与工作负载管理

Deployment 是最常用的无状态应用控制器，支持滚动更新和回滚。ReplicaSet 确保指定数量的 Pod 副本运行。StatefulSet 为有状态应用提供稳定的网络标识和持久化存储，Cassandra 或 MySQL 等数据库常使用此控制器。

服务发现与负载均衡

Service 为一组 Pod 提供稳定的虚拟 IP 和 DNS 名称，类型包括 ClusterIP（集群内访问）、NodePort（节点端口暴露）、LoadBalancer（云厂商负载均衡器）。Ingress 提供 HTTP 层路由规则，需配合 Ingress Controller（如 Nginx、Traefik）实现。

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: web-service
spec:
  selector:
    app: web
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 9376
  type: ClusterIP

配置与存储管理

ConfigMap 以键值对形式存储非敏感配置数据，Secret 用于保存密码、令牌等敏感信息。PersistentVolume（PV）是集群级别的存储资源，PersistentVolumeClaim（PVC）是用户对存储的请求，支持动态供给（Dynamic Provisioning）。

命名空间与资源配额

Namespace 将集群划分为虚拟子空间，实现资源隔离。ResourceQuota 限制命名空间内的计算资源用量和对象数量，LimitRange 设置默认资源请求和限制。生产环境建议为不同团队或项目分配独立命名空间。

扩展机制

CustomResourceDefinition（CRD）允许用户定义自己的资源类型，Operator 模式通过自定义控制器实现复杂应用的自动化管理。Kubernetes API 可通过 Aggregation Layer 进行扩展，Istio 等项目利用此机制集成功能。

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