1. 概述

一个标准的 Kubernetes 集群由控制平面（Master 组件）和若干工作节点共同组成，同时支持各类扩展插件丰富集群能力。

2. ‌控制平面组件

‌控制平面组件负责管理整个集群的全局状态、调度策略、资源管控，是集群的大脑。

2.1 kube-apiserver（API 服务网关）

Kubernetes 集群唯一统一入口、核心网关组件，基于 HTTP/HTTPS 对外提供标准 RESTful API，所有集群操作与组件通信均依赖该组件。该组件具备认证、授权、准入校验、数据序列化能力，支持水平扩容，是整个集群安全访问与资源交互的核心枢纽，无任何组件可绕过它直接操作集群数据。

工作机制：依次完成请求认证、授权、准入控制、数据校验、序列化存储，最终写入 etcd 或返回查询结果，支持多实例水平扩容实现高可用。

关键特性：无状态、可扩容、安全可控、统一收口，保障集群操作规范、数据安全一致。

2.2 etcd（集群核心数据库）

基于 Raft 一致性算法的分布式键值（Key-Value）数据库，是 Kubernetes 集群唯一的持久化存储组件。持久存储集群所有资源数据（节点、Pod、控制器、配置、密钥、状态信息等），维护集群全局状态一致性。

关键特性：

• 强一致性、高可用、可持久化、数据安全，生产环境强制 3/5 节点集群部署，杜绝单点故障。
• 仅对 kube-apiserver 开放读写权限，其他组件无权直接操作。

2.3 kube-scheduler（集群调度器）

控制平面核心调度组件，负责集群 Pod 资源的节点分配与资源最优调度。监测所有未绑定节点的新建 Pod，结合节点资源、调度规则，筛选最优工作节点完成调度绑定。

工作机制分为两大核心阶段：

• 预选阶段过滤不合格节点（资源不足、污点匹配、端口冲突等）；
• 优选阶段对合规节点打分排序，择优分配 Pod。

关键特性：支持节点亲和性、Pod 亲和性、污点容忍、资源配额，实现集群资源均衡分配、高效利用，支持自定义调度策略。

2.4 kube-controller-manager（控制器管理器）

集群自愈核心组件，集成 Kubernetes 所有内置控制器，统一运行管控。持续监控集群资源状态，通过调谐机制修正状态偏差，保障资源运行符合用户期望。

工作机制：循环监听资源当前状态与期望状态，状态不一致时自动触发修复逻辑，实现副本维稳、节点故障驱逐、端点更新、资源生命周期管控。

关键特性：内置多类控制器（副本、节点、端点、命名空间等），是集群自愈、状态稳定的核心载体。

2.5 cloud-controller-manager（云控制器管理器｜可选）

可选控制平面组件，专为云环境设计，打通 Kubernetes 与公有云基础设施资源。实现集群与云厂商资源联动，管理云负载均衡、云硬盘、弹性网卡、节点弹性伸缩等资源。

工作机制：监听集群资源变更，自动调用云厂商 API，完成云资源的创建、绑定、销毁与更新。

关键特性：裸金属/本地机房无需部署，公有云集群必备，适配云原生弹性扩缩、资源托管能力。

3. 节点组件

节点组件会在每个节点上运行，包括 master 节点和 worker 节点，负责维护运行的 Pod 并提供 Kubernetes 运行环境。

3.1 kubelet（节点守护进程）

所有工作节点必备核心代理进程，是节点与控制平面通信的唯一桥梁。全权管理本机所有 Pod、容器的全生命周期，同步节点与集群状态，执行控制平面下发指令。

工作机制：与 apiserver 保持长连接，接收调度指令，完成镜像拉取、容器启停、健康巡检、异常重启、资源回收、状态上报。

关键特性：单节点独占、自主运维本机资源、实时状态上报，是节点自愈、集群状态同步的基础组件。

3.2 kube-proxy（节点网络代理）

节点网络核心组件，是一个网络代理程序，运行在集群中的每一个节点上，实现 Kubernetes Service 服务网络模型，保障集群流量正常转发。负责维护节点网络转发规则，实现服务负载均衡、流量调度、端口映射、内外网流量访问。

工作机制：监听 Service 与 Endpoint 变更，自动更新节点 iptables/ipvs 转发规则，无需进程转发，内核级高效流转流量。

关键特性：支持 ClusterIP、NodePort、LoadBalancer 多模式，保障集群 Pod 互通、服务稳定暴露。

3.2 Container Runtime（容器运行时）

容器引擎负责运行容器，Kubernetes 支持多种容器引擎，包括 Docker（原生不再支持）、containerd、cri-o、rktlet 以及任何实现了 Kubernetes 容器引擎接口的容器引擎。

工作机制：kubelet 通过 CRI 接口调用容器运行时，间接管控容器，不直接操作底层容器资源。

3. 扩展插件

插件用于拓展 Kubernetes 原生能力，完善集群运维、网络、监控、日志等生态能力。

3.1 集群 DNS

集群必备核心插件，提供全集群统一域名解析服务。自动为 Service、Pod 绑定域名，动态更新解析规则，解决容器 IP 动态变更问题，支撑微服务跨节点、跨命名空间稳定互通。

3.2 可视化控制台

官方可视化运维插件，提供网页端集群管理界面。替代命令行操作，图形化查看、编辑、管理集群资源，降低运维门槛，多用于测试环境与日常简易运维。

重要说明：

• Kubernetes 仪表板已被弃用，不再进行维护。该项目现已归档，不会再进行迭代更新。新环境建议使用 Headlamp 替代。
• 也要很多其他开源的可视化控制台可选。

3.3 容器资源监控

集群观测核心扩展能力，采集节点、Pod、容器的资源指标与业务指标，实现性能监控、水位观测、过载预警，支撑生产环境稳定性运维与容量评估。

主流方案： Prometheus + Grafana

3.4 集群日志收集

中心化日志运维，统一采集、存储、检索容器日志，解决容器销毁日志丢失、日志分散问题，支撑线上故障排查、业务审计。

主流方案： EFK/ELK、Loki