核心组件

components

Kubernetes 主要由以下几个核心组件组成:

• etcd 保存了整个集群的状态；

• API Server 提供了资源操作的唯一入口，并提供认证、授权、访问控制、API 注册和发现等机制；

• Controller Manager 负责维护集群的状态，比如故障检测、自动扩展、滚动更新等；

• Scheduler 负责资源的调度，按照预定的调度策略将 Pod 调度到相应的机器上；

• Kubelet 负责维护容器的生命周期，同时也负责 Volume（CVI）和网络（CNI）的管理；

• Container Runtime 负责镜像管理以及 Pod 和容器的真正运行（CRI）；

• Kube-proxy 负责为 Service 提供 cluster 内部的服务发现和负载均衡；

组件通信

Kubernetes 多组件之间的通信原理为

• API Server 负责 etcd 存储的所有操作，且只有 API Server 才直接操作 etcd 集群

• API Server 对内（集群中的其他组件）和对外（用户）提供统一的 REST API，其他组件均通过 API Server 进行通信

  • Controller Manager、Scheduler、Kube-proxy 和 Kubelet 等均通过 API Server watch API 监测资源变化情况，并对资源作相应的操作

  • 所有需要更新资源状态的操作均通过 API Server 的 REST API 进行

• API Server 也会直接调用 Kubelet API（如 logs, exec, attach 等），默认不校验 Kubelet 证书，但可以通过 --kubelet-certificate-authority 开启（而 GKE 通过 SSH 隧道保护它们之间的通信）

比如典型的创建 Pod 的流程为

1. 用户通过 REST API 创建一个 Pod

2. API Server 将其写入 etcd

3. Scheduluer 检测到未绑定 Node 的 Pod，开始调度并更新 Pod 的 Node 绑定

4. Kubelet 检测到有新的 Pod 调度过来，通过 Container Runtime 运行该 Pod

5. Kubelet 通过 Container Runtime 取到 Pod 状态，并更新到 API Server 中

端口号

ports

Master node(s)

Protocol	Direction	Port Range	Purpose
TCP	Inbound	6443*	Kubernetes API server
TCP	Inbound	8080	Kubernetes API insecure server
TCP	Inbound	2379-2380	etcd server client API
TCP	Inbound	10250	Kubelet API
TCP	Inbound	10251	kube-scheduler healthz
TCP	Inbound	10252	kube-controller-manager healthz
TCP	Inbound	10253	cloud-controller-manager healthz
TCP	Inbound	10255	Read-only Kubelet API
TCP	Inbound	10256	kube-proxy healthz

Worker node(s)

Protocol	Direction	Port Range	Purpose
TCP	Inbound	4194	Kubelet cAdvisor
TCP	Inbound	10248	Kubelet healthz
TCP	Inbound	10249	kube-proxy metrics
TCP	Inbound	10250	Kubelet API
TCP	Inbound	10255	Read-only Kubelet API
TCP	Inbound	10256	kube-proxy healthz
TCP	Inbound	30000-32767	NodePort Services**

版本支持策略

活跃版本

Kubernetes 社区近维护最新的三个小版本(如 1.21.x, 1.20.x, 1.19.x)，每个小版本均会有一年的补丁支持周期 (1.18以前是9个月)。活跃版本的补丁大约每个月发布一次，详细的发布日程可以参考这里。

版本兼容性

• 在HA集群中，所有 kube-apiserver 实例最多只能差一个小版本（如部分是 1.21，部分是 1.20）

• kubelet 最多只能与 kube-apiserver 差两个小版本（如 kube-apiserver 是1.21，而 kubelet 是 1.21、1.20、1.19）

• kube-controller-manager、kube-scheduler 和 cloud-controller-manager 最多只能差一个小版本（如 kube-apiserver 是1.21，kube-controller-manager 是1.20）

升级顺序

在升级 Kubernetes 集群（如从 1.20.1 升级到 1.21.1）时，需要确保以下的升级顺序和相互依赖关系：

• 在升级前，需要确保 ValidatingWebhookConfiguration 和 MutatingWebhookConfiguration 已经升级到最新的 API 版本（兼容新旧版本的 kube-apiserver）

• kube-apiserver 所有实例需要在升级其他组件（如kube-controller-manager）之前完成升级

• kube-controller-manager、kube-scheduler 和 cloud-controller-manager 需要在 kube-apiserver 升级完成之后才能升级

• kubelet 需要在 kube-apiserver 升级完成之后才能升级，且升级前需要 kubectl drain <node>（即 kubelet 不支持本地小版本升级）

• kube-proxy 需要确保跟同节点的 kubelet 在同一个版本

参考文档

• Master-Node communication
• Core Kubernetes: Jazz Improv over Orchestration
• Installing kubeadm
• Version Skew Policy