集群架构：Control Plane 与 Node

整体架构全景

一个 Kubernetes 集群由两类节点组成：负责决策的 Control Plane（控制平面） 和负责运行容器的 Worker Node（工作节点）。

Kubernetes 集群架构

┌──────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    Control Plane (Master)                    │
│  ┌─────────────────┐  ┌──────────┐  ┌──────────────────┐  │
│  │ kube-apiserver  │  │  etcd  │  │  kube-scheduler  │  │
│  │ 集群大门，REST   │  │ 状态存储 │  │  Pod 调度决策    │  │
│  └────────┬────────┘  └────┬─────┘  └────────┬─────────┘  │
│           │                │                   │            │
│  ┌────────▼────────────────▼───────────────▼──────────────┐  │
│  │            kube-controller-manager                       │  │
│  │   Deployment/ReplicaSet/Node/Job/... Controller          │  │
│  └────────────────────────────────────────────────────────┘  │
└──────────────────────────┬───────────────────────────────────┘
                           │ HTTPS (kubeconfig)
          ┌──────────────────┴──────────────────┐
          ▼                                   ▼
┌─────────────────┐                 ┌─────────────────┐
│  Worker Node 1  │                 │  Worker Node 2  │
│  kubelet        │                 │  kubelet        │
│  kube-proxy     │                 │  kube-proxy     │
│  容器运行时      │                 │  容器运行时      │
│  ┌───┐ ┌───┐    │                 │  ┌───┐ ┌───┐    │
│  │Pod│ │Pod│    │                 │  │Pod│ │Pod│    │
│  └───┘ └───┘    │                 │  └───┘ └───┘    │
└─────────────────┘                 └─────────────────┘

Control Plane 组件详解

kube-apiserver — 集群的统一入口

API Server 是集群中唯一能直接读写 etcd 的组件，是所有操作的唯一入口。所有组件（包括 kubectl、kubelet、各 Controller）都通过 API Server 通信，而不是互相直连。这保证了一致性与安全性。

etcd — 集群的状态存储

etcd 是一个分布式键值存储数据库（基于 Raft 共识算法），Kubernetes 将所有集群状态（Pod、Service、ConfigMap 等所有对象）都持久化到 etcd 中。

# 查看 etcd 中存储的 Pod 信息（需要 etcdctl 工具）
etcdctl get --prefix /registry/pods/default --keys-only

# 创建 etcd 快照备份
etcdctl snapshot save backup.db

# 验证快照
etcdctl snapshot status backup.db

kube-scheduler — 调度决策者

Scheduler 负责将新创建的 Pod 分配到合适的节点上。它不负责运行 Pod，只负责做决策——将 Pod 的 spec.nodeName 字段写入 API Server，然后由目标节点的 kubelet 负责拉起容器。

调度过程分两个阶段：

1. 过滤（Filtering）：筛选出满足 Pod 资源请求的节点（CPU/内存足够、标签匹配、污点容忍等）
2. 打分（Scoring）：对过滤后的节点打分，选择分数最高的节点（考虑资源均衡、镜像已缓存等因素）

kube-controller-manager — 控制器大集合

Controller Manager 是一个进程，内部运行着数十个 Controller（每个都是一个 goroutine），包括：

Worker Node 组件详解

kubelet — Node 的代理

kubelet 运行在每个 Worker Node 上，是 Node 与 Control Plane 的桥梁。它从 API Server 拿到分配给本节点的 Pod 定义，调用容器运行时（如 containerd）拉起容器，并持续上报 Pod 和 Node 的状态。

kube-proxy — 网络代理

kube-proxy 负责实现 Service 的网络规则。当你访问一个 Service 的 ClusterIP:Port 时，kube-proxy 在每个节点上配置的 iptables/ipvs 规则会将流量转发到对应的 Pod。

容器运行时（Container Runtime）

实际创建和运行容器的组件。K8s 通过 CRI（Container Runtime Interface） 标准接口与运行时交互，支持：

kubectl 安装与配置

安装 kubectl

# macOS (Homebrew)
brew install kubectl

# Linux
curl -LO "https://dl.k8s.io/release/$(curl -L -s https://dl.k8s.io/release/stable.txt)/bin/linux/amd64/kubectl"
chmod +x kubectl
sudo mv kubectl /usr/local/bin/

# 验证安装
kubectl version --client

kubeconfig 配置文件

kubectl 通过 ~/.kube/config 文件知道要连接哪个集群、使用哪个身份。

apiVersion: v1
kind: Config
clusters:              # 集群列表
- cluster:
    server: https://192.168.1.100:6443    # API Server 地址
    certificate-authority-data: LS0t...   # CA 证书 (base64)
  name: my-cluster
users:                 # 用户列表
- user:
    client-certificate-data: LS0t...     # 客户端证书
    client-key-data: LS0t...             # 客户端私钥
  name: admin
contexts:             # 上下文 = 集群 + 用户 + namespace 的组合
- context:
    cluster: my-cluster
    user: admin
    namespace: default
  name: my-context
current-context: my-context  # 当前使用的上下文

# 查看所有上下文
kubectl config get-contexts

# 切换上下文（切换集群）
kubectl config use-context my-context

# 查看当前上下文
kubectl config current-context

# 设置默认 namespace
kubectl config set-context --current --namespace=production

常用 kubectl 命令速查

# ── 查看资源 ──
kubectl get nodes                          # 查看所有节点
kubectl get pods -A                       # 查看所有 namespace 的 Pod
kubectl get pods -o wide                  # 显示 Pod IP 和所在节点
kubectl describe node worker-1            # 节点详细信息（CPU/内存/事件）
kubectl describe pod my-pod               # Pod 详细信息（调度、事件）

# ── 日志与调试 ──
kubectl logs my-pod                        # 查看 Pod 日志
kubectl logs -f my-pod                    # 实时跟踪日志
kubectl exec -it my-pod -- /bin/sh        # 进入 Pod Shell
kubectl port-forward pod/my-pod 8080:80  # 端口转发到本地

# ── 节点管理 ──
kubectl cordon worker-1                   # 标记节点不可调度
kubectl drain worker-1 --ignore-daemonsets  # 驱逐节点 Pod（维护前）
kubectl uncordon worker-1                 # 恢复节点可调度

# 使用 kind 创建多节点集群
# kind-config.yaml:
# kind: Cluster
# apiVersion: kind.x-k8s.io/v1alpha4
# nodes:
#   - role: control-plane
#   - role: worker
#   - role: worker
kind create cluster --config kind-config.yaml --name my-cluster