Основные компоненты Kubernetes – узнайте о ключевых составляющих системы

Кубернетес – это распределенная система управления контейнерами, которая предназначена для автоматизации разворачивания, масштабирования и управления приложениями в контейнерах. Его основная задача – упростить процесс развертывания и управления приложениями в современных динамичных средах, таких как облачные платформы.

Компоненты Kubernetes можно разделить на две категории: мастер-компоненты и рабочие узлы. Мастер-компоненты отвечают за управление кластером и принятие решений, в то время как рабочие узлы являются местом, где запускаются и работают контейнеры.

Основные мастер-компоненты в Kubernetes включают в себя:

• API-сервер – центральный компонент, который предоставляет управление кластером через REST API. Он отвечает на запросы пользователей и обеспечивает взаимодействие с другими компонентами.
• Планировщик – компонент, который решает, на каком узле кластера следует запустить контейнеры. Он учитывает ресурсные ограничения, требования приложений и другие факторы для наилучшего размещения.
• Контроллеры – компоненты, которые отвечают за поддержание желаемого состояния кластера. Они мониторят работу ресурсов и принимают необходимые действия для достижения их заданного состояния.

Рабочие узлы включают в себя:

• Кублет – компонент, который работает на каждом рабочем узле и отвечает за управление и обслуживание контейнеров. Он получает инструкции от API-сервера и управляет жизненным циклом контейнеров на узле.
• Поды – наименьшая единица развертывания в Kubernetes. Под представляет собой один или несколько контейнеров, которые работают вместе и используют общие ресурсы и хранилище. Они включают в себя приложение, связанные ресурсы и сетевые настройки.
• Службы – компоненты, которые позволяют внешним пользователям обращаться к подам, как к одной единой сущности, независимо от количества экземпляров или их местоположения. Службы обеспечивают стабильность и надежность доступа к подам.

Изучение этих основных компонентов Kubernetes поможет вам лучше понять и использовать мощь этой системы для развертывания и управления вашими контейнеризированными приложениями.

Мастер-компоненты Kubernetes:

Основные мастер-компоненты включают:

• API-сервер – основной интерфейс для взаимодействия с кластером. Он получает запросы от клиентов и обрабатывает их, а также предоставляет доступ к объектам Kubernetes через API.
• Контроллеры управляющих петлей – отвечают за поддержание желаемого состояния кластера. Они просматривают текущее состояние кластера и выполняют действия для достижения желаемого состояния.
• Планировщик – отвечает за распределение запускаемых на кластере подов на доступные рабочие узлы. Он учитывает ресурсы, требования к подам и политики планирования.
• Хранилище данных – сохраняет информацию о состоянии кластера и его компонентах. Это может быть реляционная база данных или распределенное хранилище.

Все мастер-компоненты являются критическими для нормального функционирования и управления кластером Kubernetes. Они работают в тесном взаимодействии друг с другом, обменяются информацией и обрабатывают запросы от пользователей и других компонентов системы.

API-сервер

API-сервер позволяет управлять кластером Kubernetes при помощи RESTful API. Он принимает HTTP-запросы от клиента и отвечает на них, обрабатывая запросы к объектам Kubernetes, таким как поды, сервисы, конфигмапы и другие. API-сервер также отвечает за авторизацию и аутентификацию пользователей, а также за управление доступом к объектам в системе.

API-сервер хранит конфигурацию и состояние кластера в хранилище etcd, которое является распределенной консистентной базой данных. Это позволяет API-серверу работать в режиме отказоустойчивости и гарантировать согласованность данных в кластере.

API-сервер также является основным компонентом для расширения Kubernetes, позволяя разработчикам добавлять свои собственные API и контроллеры. Он позволяет создавать расширенные функциональные возможности, а также интегрировать Kubernetes с другими системами.

API-сервер также предоставляет Web UI (Dashboard), который позволяет администраторам визуально управлять кластером Kubernetes, отслеживать состояние объектов и выполнять различные операции с ними.

Контроллеры

В кластере Kubernetes могут быть различные типы контроллеров, каждый из которых отвечает за определенное поведение и управляет определенными ресурсами. Некоторые из наиболее распространенных типов контроллеров в Kubernetes:

• Репликационный контроллер – отвечает за поддержку желаемого количества запущенных реплик приложения. Если количество реплик становится ниже желаемого значения, контроллер запустит новые реплики. А если количество реплик становится больше желаемого значения, контроллер выведет лишние реплики из эксплуатации.
• Контроллер развертывания – позволяет автоматически развертывать новые версии приложений в кластере. Он управляет набором реплик приложения и обеспечивает постепенное обновление версии без простоя приложения.
• Контроллер состояния – заботится о поддержке желаемого состояния приложения, где каждая реплика может иметь уникальное состояние или уровень доступности. Например, контроллер состояния может управлять базой данных с несколькими репликами, гарантируя согласованность данных.
• Контроллер демонов – отвечает за управление демоническими процессами, которые работают на каждой ноде в кластере. Он следит за жизненным циклом и доступностью демонов, запускает новые демоны при их отказе и удаляет отказавшие демоны из эксплуатации.

Контроллеры в Kubernetes позволяют автоматизировать управление приложениями и ресурсами в кластере, обеспечивая высокую доступность, масштабируемость и надежность системы.

Шедулер

Шедулер использует информацию о ресурсах (таких как CPU, память и сетевые интерфейсы) и требованиях к ним для принятия решения об оптимальном размещении контейнеров. Он также учитывает другие факторы, такие как дополнительные метки и аннотации, предпочтения пользователя и ограничения на уровне кластера и ноды.

Для распределения работы шедулер основан на принципе каждый делает свое дело. Он работает с другими компонентами Kubernetes, такими как апи-сервер, плагинами CRI и контроллерами, чтобы собрать необходимую информацию и принять решение о наилучшем месте для запуска контейнеров.

Каждый раз, когда поступает запрос на разворачивание нового контейнера или обновление существующего, шедулер принимает его в работу и анализирует доступные ноды. Он рассматривает все ноды в кластере и сравнивает их ресурсы с требованиями контейнера, а также с другими факторами и правилами политики корпорации. После анализа шедулер принимает решение о том, на какой ноде следует развернуть контейнер, и отправляет команду апи-серверу для создания пода.

Шедулер ведет учет текущего состояния нод и ограничений ресурсов, чтобы избежать перегрузки или чрезмерной загрузки определенной ноды. Он также обрабатывает различные события, такие как отказы нод или изменение требований и настроек, и динамически пересчитывает план размещения контейнеров.

Преимущества шедулера Kubernetes:
1. Автоматическое распределение работы без необходимости вручную указывать место запуска контейнера.
2. Адаптивное планирование, учитывающее текущее состояние кластера и его ресурсы.
3. Гибкость настройки параметров и правил политики развертывания.
4. Легкая интеграция с другими компонентами Kubernetes и расширение функциональности через плагины.
5. Работа с большим количеством контейнеров и нод без снижения производительности.

Рабочие узлы (Nodes) в Kubernetes:

Основными компонентами рабочего узла являются:

1. Контейнерный рантайм – программное обеспечение, которое позволяет запускать и управлять контейнерами. В Kubernetes наиболее популярными контейнерными рантаймами являются Docker, containerd и CRI-O.
2. Kubelet – основная компонента, которая запускает и управляет контейнерами на узле. Она связывается с мастер-узлом и получает инструкции о запуске и остановке контейнеров.
3. Kube-proxy – компонента, которая отвечает за сетевую связность контейнеров на уровне узла. Она перенаправляет сетевые запросы от других узлов и сервисов к соответствующим контейнерам на узле.
4. Pods – наименьшая единица планирования в Kubernetes. Это группа связанных контейнеров, которые разделяют общие ресурсы на узле. Каждый узел может хостить несколько подов.

Рабочие узлы являются основными исполнителями задач в кластере Kubernetes. Они обеспечивают запуск и управление контейнерами, поддерживают доступность и масштабируемость приложений, а также предоставляют сетевую связность между контейнерами и другими сервисами.

Кублет (Kubelet)

Кублет выполняет следующие функции:

1. Получение данных о запланированных на узле подах (pod) из API сервера Kubernetes.
2. Контроль за состоянием запущенных контейнеров.
3. Обеспечение создания, запуска и остановки контейнеров на основе полученных заданий.
4. Работа с сетевыми интерфейсами и проброс портов для связи контейнера с внешней сетью.
5. Мониторинг работоспособности контейнеров и перезапуск в случае необходимости.
6. Логирование и предоставление журналов работы контейнеров для дальнейшего анализа.

Кублет работает в тесной связи с контейнерным рантаймом (например, Docker) и использует его для создания и управления контейнерами на узле.

Кублет также обменивается данными с API сервером Kubernetes, чтобы получать информацию о новых заданиях и отправлять отчеты о состоянии запущенных контейнеров.

В целом, кублет является ключевым звеном между API сервером Kubernetes и физическим узлом кластера, обеспечивая работу и управление контейнерами в рамках кластера.

Контейнерный движок

Один из самых популярных контейнерных движков – Docker. Он позволяет упаковывать приложения и их зависимости в контейнеры, которые могут быть развернуты на любой платформе, оснащенной контейнерным движком.

Контейнерный движок предоставляет виртуальизацию на уровне операционной системы, что позволяет избежать проблем, связанных с различными версиями операционных систем и зависимостей. Он также обеспечивает уровень изоляции, что позволяет запускать различные приложения внутри одного хоста без вмешательства друг в друга.

В Kubernetes контейнерный движок позволяет запускать и управлять контейнерами на физических или виртуальных машинах. Он отвечает за создание и удаление контейнеров, а также за управление ресурсами, такими как CPU и память.

Контейнерный движок работает с образами контейнеров, которые являются снимками файловой системы и метаданных, необходимых для запуска приложения. Он загружает и запускает образы контейнеров на основе конфигурации, заданной в файле Dockerfile или в манифесте Kubernetes.

Контейнерный движок также обеспечивает межпроцессное взаимодействие между контейнерами через сетевые интерфейсы и порты. Это позволяет контейнерам взаимодействовать друг с другом и с внешним миром.

kube-proxy

Основная задача kube-proxy – обеспечить доступность сервисов, предоставляемых приложениями, находящимися в кластере Kubernetes. Он выполняет это путем настройки правил IPVS (IP Virtual Server) или iptables и балансировки сетевых запросов между подами приложений, которые предоставляют эти сервисы.

kube-proxy может работать в нескольких режимах. Один из таких режимов – это режим IPVS. В этом режиме kube-proxy создает виртуальные IP-адреса для сервисов в кластере и настраивает балансировку нагрузки на этих виртуальных адресах. Это позволяет маршрутизировать сетевые запросы к нескольким подам приложений, предоставляющим один и тот же сервис, с использованием различных алгоритмов балансировки нагрузки, таких как round-robin или least-connection.

В режиме iptables kube-proxy использует правила iptables для проксирования сетевых запросов. В этом режиме kube-proxy настраивает NAT-правила, чтобы перенаправлять сетевые запросы, поступающие на внешний IP сервиса, на IP-адрес и порт соответствующего пода приложения.

В обоих режимах kube-proxy самостоятельно отслеживает изменения конфигурации Kubernetes и динамически обновляет правила балансировки нагрузки, чтобы отражать текущее состояние кластера.

Кроме того, kube-proxy выполняет функцию проброса портов (port forwarding), позволяя доступ к сервисам, предоставляемым внутри кластера Kubernetes, с внешней сети.

Режим	Описание
userspace	В этом режиме kube-proxy работает на уровне пользовательского пространства и использует сокеты и пользовательскую программу для балансировки нагрузки с помощью IPVS.
iptables	В этом режиме kube-proxy использует правила iptables для проксирования сетевых запросов.
ipvs	В этом режиме kube-proxy использует IPVS для балансировки нагрузки.

В современных версиях Kubernetes по умолчанию используется режим iptables, однако настройка kube-proxy и выбор режима работы возможны через конфигурацию.

Дополнительные компоненты Kubernetes:

В дополнение к основным компонентами Kubernetes, существуют также дополнительные компоненты, которые расширяют функциональность системы и обеспечивают дополнительные возможности для работы с контейнерами и приложениями.

Одним из таких дополнительных компонентов является Kubernetes Dashboard. Это веб-интерфейс, который позволяет управлять кластером Kubernetes через веб-браузер. С помощью Kubernetes Dashboard можно просматривать информацию о состоянии кластера, создавать и удалять ресурсы, мониторить работу приложений и многое другое.

Еще одним важным дополнительным компонентом является Ingress Controller. Этот компонент позволяет управлять входящим сетевым трафиком в кластере Kubernetes и маршрутизировать его на соответствующие сервисы или поды. С помощью Ingress Controller можно настроить правила маршрутизации на основе различных параметров, таких как пути URL, хосты и заголовки HTTP.

Также стоит обратить внимание на компоненты мониторинга и логирования, такие как Prometheus и Elastic Stack. Prometheus предоставляет возможности для сбора, хранения и анализа метрик работы кластера Kubernetes и приложений. Elastic Stack предоставляет инструменты для централизованного сбора, анализа и визуализации журналов событий и логов приложений в кластере Kubernetes.

Кроме того, существуют другие дополнительные компоненты, такие как автоматическое масштабирование (Horizontal Pod Autoscaler), управление пакетами и зависимостями (Helm), системы хранения данных (Storage Classes) и другие.

Компонент	Описание
Kubernetes Dashboard	Веб-интерфейс для управления кластером Kubernetes
Ingress Controller	Управление входящим сетевым трафиком в кластере Kubernetes
Prometheus	Система для сбора, хранения и анализа метрик работы кластера Kubernetes и приложений
Elastic Stack	Инструменты для централизованного сбора, анализа и визуализации журналов событий и логов приложений
Horizontal Pod Autoscaler	Автоматическое масштабирование подов в зависимости от нагрузки
Helm	Управление пакетами и зависимостями приложений в кластере Kubernetes
Storage Classes	Системы хранения данных в кластере Kubernetes

Каждый из этих дополнительных компонентов предоставляет удобные инструменты и возможности для работы с Kubernetes, расширяя функциональность системы и обеспечивая ее более эффективное использование.

Вопрос-ответ:

Какие основные компоненты входят в систему Kubernetes?

Основными компонентами Kubernetes являются: мастер-узел (kube-master), узлы (kube-node), контроллер-менеджер (kube-controller-manager), планировщик (kube-scheduler) и kubelet.

Что такое мастер-узел в Kubernetes?

Мастер-узел – это главный узел управления системой Kubernetes. Он осуществляет управление и контроль над всеми узлами кластера, выполняет задачи планирования и контроля состояния кластера.

Какую роль выполняет контроллер-менеджер в Kubernetes?

Контроллер-менеджер является компонентом Kubernetes, отвечающим за контроль и управление различными контроллерами в кластере. Он отвечает за работу репликационных контроллеров, сервисов, контроллера конечных точек и других контроллеров.

Что делает планировщик в системе Kubernetes?

Планировщик – это компонент Kubernetes, отвечающий за распределение и планирование работы контейнеров на различных узлах в кластере. Он выбирает наиболее подходящие узлы для запуска контейнеров с учетом их ресурсов и требований.

Чем отличается узел (kube-node) от мастер-узла (kube-master) в Kubernetes?

Узел (kube-node) – это узел в кластере Kubernetes, который выполняет контейнеры. Он получает задачи от мастер-узла и запускает контейнеры на своей машине. В отличие от узла, мастер-узел (kube-master) управляет узлами в кластере, осуществляет планирование и контроль состояния системы.

Что такое Kubernetes?

Kubernetes – это открытая система для автоматизации развертывания, масштабирования и управления контейнерными приложениями. Она позволяет управлять сотнями и тысячами контейнеров, развернутых на различных серверах.

Видео:

Kubernetes Explained in 6 Minutes | k8s Architecture