kube-controller-manager

Controller Manager 由 kube-controller-manager 和 cloud-controller-manager 组成，是 Kubernetes 的大脑，它通过 apiserver 监控整个集群的状态，并确保集群处于预期的工作状态。

kube-controller-manager 由一系列的控制器组成

• Replication Controller

• Node Controller

• CronJob Controller

• Daemon Controller

• Deployment Controller

• Endpoint Controller

• Garbage Collector

• Namespace Controller

• Job Controller

• Pod AutoScaler

• RelicaSet

• Service Controller

• ServiceAccount Controller

• StatefulSet Controller

• Volume Controller

• Resource quota Controller

cloud-controller-manager 在 Kubernetes 启用 Cloud Provider 的时候才需要，用来配合云服务提供商的控制，也包括一系列的控制器，如

• Node Controller

• Route Controller

• Service Controller

从 v1.6 开始，cloud provider 已经经历了几次重大重构，以便在不修改 Kubernetes 核心代码的同时构建自定义的云服务商支持。参考 这里 查看如何为云提供商构建新的 Cloud Provider。

Metrics

Controller manager metrics 提供了控制器内部逻辑的性能度量，如 Go 语言运行时度量、etcd 请求延时、云服务商 API 请求延时、云存储请求延时等。Controller manager metrics 默认监听在 kube-controller-manager 的 10252 端口，提供 Prometheus 格式的性能度量数据，可以通过 http://localhost:10252/metrics 来访问。

$ curl http://localhost:10252/metrics
...
# HELP etcd_request_cache_add_latencies_summary Latency in microseconds of adding an object to etcd cache
# TYPE etcd_request_cache_add_latencies_summary summary
etcd_request_cache_add_latencies_summary{quantile="0.5"} NaN
etcd_request_cache_add_latencies_summary{quantile="0.9"} NaN
etcd_request_cache_add_latencies_summary{quantile="0.99"} NaN
etcd_request_cache_add_latencies_summary_sum 0
etcd_request_cache_add_latencies_summary_count 0
# HELP etcd_request_cache_get_latencies_summary Latency in microseconds of getting an object from etcd cache
# TYPE etcd_request_cache_get_latencies_summary summary
etcd_request_cache_get_latencies_summary{quantile="0.5"} NaN
etcd_request_cache_get_latencies_summary{quantile="0.9"} NaN
etcd_request_cache_get_latencies_summary{quantile="0.99"} NaN
etcd_request_cache_get_latencies_summary_sum 0
etcd_request_cache_get_latencies_summary_count 0
...

kube-controller-manager 启动示例

kube-controller-manager \
  --enable-dynamic-provisioning=true \
  --feature-gates=AllAlpha=true \
  --horizontal-pod-autoscaler-sync-period=10s \
  --horizontal-pod-autoscaler-use-rest-clients=true \
  --node-monitor-grace-period=10s \
  --address=127.0.0.1 \
  --leader-elect=true \
  --kubeconfig=/etc/kubernetes/controller-manager.conf \
  --cluster-signing-key-file=/etc/kubernetes/pki/ca.key \
  --use-service-account-credentials=true \
  --controllers=*,bootstrapsigner,tokencleaner \
  --root-ca-file=/etc/kubernetes/pki/ca.crt \
  --service-account-private-key-file=/etc/kubernetes/pki/sa.key \
  --cluster-signing-cert-file=/etc/kubernetes/pki/ca.crt \
  --allocate-node-cidrs=true \
  --cluster-cidr=10.244.0.0/16 \
  --node-cidr-mask-size=24

控制器

kube-controller-manager

kube-controller-manager 由一系列的控制器组成，这些控制器可以划分为三组

1. 必须启动的控制器

   • EndpointController

   • ReplicationController

   • PodGCController

   • ResourceQuotaController

   • NamespaceController

   • ServiceAccountController

   • GarbageCollectorController

   • DaemonSetController

   • JobController

   • DeploymentController

   • ReplicaSetController

   • HPAController

   • DisruptionController

   • StatefulSetController

   • CronJobController

   • CSRSigningController

   • CSRApprovingController

   • TTLController

2. 默认启动的可选控制器，可通过选项设置是否开启

   • TokenController

   • NodeController

   • ServiceController

   • RouteController

   • PVBinderController

   • AttachDetachController

3. 默认禁止的可选控制器，可通过选项设置是否开启

   • BootstrapSignerController

   • TokenCleanerController

cloud-controller-manager

cloud-controller-manager 在 Kubernetes 启用 Cloud Provider 的时候才需要，用来配合云服务提供商的控制，也包括一系列的控制器

• CloudNodeController

• RouteController

• ServiceController

高可用

在启动时设置 --leader-elect=true 后，controller manager 会使用多节点选主的方式选择主节点。只有主节点才会调用 StartControllers() 启动所有控制器，而其他从节点则仅执行选主算法。

多节点选主的实现方法见 leaderelection.go。它实现了两种资源锁（Endpoint 或 ConfigMap，kube-controller-manager 和 cloud-controller-manager 都使用 Endpoint 锁），通过更新资源的 Annotation（control-plane.alpha.kubernetes.io/leader），来确定主从关系。

高性能

从 Kubernetes 1.7 开始，所有需要监控资源变化情况的调用均推荐使用 Informer。Informer 提供了基于事件通知的只读缓存机制，可以注册资源变化的回调函数，并可以极大减少 API 的调用。

Informer 的使用方法可以参考 这里。

Node 驱逐

默认情况下，Kubelet 每隔 10s (--node-status-update-frequency=10s) 更新 Node 的状态，而 kube-controller-manager 每隔 5s 检查一次 Node 的状态 (--node-monitor-period=5s)。kube-controller-manager 会在 Node 未更新状态超过 40s 时 (--node-monitor-grace-period=40s)，将其标记为 NotReady (Node Ready Condition: True on healthy, False on unhealthy and not accepting pods, Unknown on no heartbeat)。当 Node 超过 5m 未更新状态，则 kube-controller-manager 会驱逐该 Node 上的所有 Pod。

Kubernetes 会自动给 Pod 添加针对 node.kubernetes.io/not-ready 和 node.kubernetes.io/unreachable 的容忍度，且配置 tolerationSeconds=300。你可以通过 tolerations 配置 Pod 的容忍度，来覆盖默认的配置：

tolerations:
- key: "node.kubernetes.io/unreachable"
  operator: "Exists"
  effect: "NoExecute"
  tolerationSeconds: 10
- key: "node.kubernetes.io/not-ready"
  operator: "Exists"
  effect: "NoExecute"
  tolerationSeconds: 10

Node 控制器在节点异常后，会按照默认的速率（--node-eviction-rate=0.1，即每10秒一个节点的速率）进行 Node 的驱逐。Node 控制器按照 Zone 将节点划分为不同的组，再跟进 Zone 的状态进行速率调整：

• Normal：所有节点都 Ready，默认速率驱逐。

• PartialDisruption：即超过33% 的节点 NotReady 的状态。当异常节点比例大于 --unhealthy-zone-threshold=0.55 时开始减慢速率：

  • 小集群（即节点数量小于 --large-cluster-size-threshold=50）：停止驱逐

  • 大集群，减慢速率为 --secondary-node-eviction-rate=0.01

• FullDisruption：所有节点都 NotReady，返回使用默认速率驱逐。但当所有 Zone 都处在 FullDisruption 时，停止驱逐。