Перейти к основному содержимому

4. Компоненты

4.1.Kubernetes​

4.1.1 Kube-API (API Server)​

Описание: API Server является центральным компонентом управления кластером Kubernetes, предоставляющим RESTful API для взаимодействия с системой. Он обеспечивает доступ к данным кластера, их изменение и удаление, а также координирует все операции, связанные с управлением компонентами и ресурсами. API Server является связующим звеном между всеми остальными компонентами Kubernetes.

Функции​

  • Обработка всех входящих запросов (через REST API), включая создание, обновление и удаление ресурсов.
  • Взаимодействие с etcd для хранения и извлечения конфигурационных данных.
  • Аутентификация и авторизация запросов с помощью интеграции с RBAC/ABAC.
  • Обеспечение внутренней синхронизации с компонентами кластера через механизмы очередей и уведомлений.

Интерфейсы​

  • HTTP/HTTPS RESTful API.
  • WebSocket для оповещений в реальном времени (например, через Watch).

4.1.2 Kube-controller-manager​

Описание: Kube-controller-manager — это компонент Kubernetes, отвечающий за управление состоянием ресурсов в кластере через различные контроллеры. Он следит за состоянием ресурсов (например, подов, реплика-сетов, деплойментов) и принимает меры для приведения фактического состояния к желаемому, обеспечивая отказоустойчивость и масштабируемость приложений. Контроллеры выполняют задачи по созданию, обновлению и удалению ресурсов, а также по соблюдению правил масштабирования и обеспечения доступности.

Функции​

  • Выполнение контрольных операций для поддержания желаемого состояния ресурсов в кластере.
  • Управление жизненным циклом объектов Kubernetes, таких как реплика-сеты, деплойменты, поды и сервисы.
  • Реализация стратегий масштабирования, обновлений и откатов для ресурсов.
  • Обеспечение отказоустойчивости и восстановление после сбоев путем автоматического создания или удаления ресурсов.

Особенности​

  • Включает несколько типов контроллеров для выполнения специфических задач, например:
    • Replication Controller — поддерживает заданное количество реплик подов.
    • Deployment Controller — управляет плавными обновлениями и откатами деплойментов.
    • StatefulSet Controller — обеспечивает управление состоянием подов с сохранением стабильных идентификаторов и томов.
  • Обеспечивает управление автоматическим масштабированием ресурсов, включая вертикальное и горизонтальное масштабирование.
  • Реализует автоматические проверки состояния ресурсов, с последующим исправлением нарушений желаемого состояния.

Kube-controller-manager играет ключевую роль в поддержании стабильности и доступности приложений, автоматизируя процессы создания, обновления и восстановления ресурсов в Kubernetes.

4.1.3 Kube-scheduler​

Описание: Kube-scheduler — это компонент Kubernetes, отвечающий за распределение подов по узлам кластера. Он принимает решения о том, на каком узле должен быть запущен новый под, учитывая доступные ресурсы узлов, метки и аннотации, а также предпочтения, заданные пользователем или политиками размещения. Scheduler выполняет задачу оптимального распределения нагрузки и обеспечения эффективного использования ресурсов в кластере.

Функции​

  • Планирование подов на узлы с учетом доступных ресурсов, таких как CPU, память и другие.
  • Определение предпочтений для размещения подов, например, с учетом географической близости или специфических сетевых настроек.
  • Оценка состояния ресурсов на узлах и распределение нагрузки для обеспечения оптимальной работы кластера.

Особенности​

  • Осуществляет планирование размещения подов на основе доступных ресурсов узлов, таких как CPU, память, сетевые интерфейсы и другие параметры.
  • Поддерживает политику размещения подов через affinity (размещение на узлах с определенными метками) и anti-affinity (избежание размещения на узлах с определенными метками).
  • Обеспечивает отказоустойчивость и высокую доступность путем равномерного распределения нагрузки между узлами.
  • Интегрируется с другими компонентами Kubernetes для применения стратегий приоритетов, например, с Taints и Tolerations для исключения узлов с нестандартными настройками или состоянием.
  • Использует динамическую проверку состояния узлов и автоматическое переназначение подов при изменении ресурсов или отказах узлов.

Kube-scheduler играет ключевую роль в обеспечении баланса нагрузки и эффективности работы кластера Kubernetes, корректно распределяя поды в зависимости от текущих условий и ограничений.

4.1.4 Kubelet​

Описание: Kubelet — это агент, работающий на каждом узле кластера Kubernetes. Он отвечает за запуск и управление контейнерами (подами), а также за поддержание их текущего состояния. Kubelet выполняет операции, связанные с мониторингом контейнеров, взаимодействует с API Server и контейнерной средой, а также предоставляет информацию о состоянии подов и контейнеров в etcd.

Функции​

  • Запуск и управление контейнерами на узле, включая создание, запуск и остановку подов.
  • Мониторинг состояния контейнеров, выполнение проверок их живучести (liveness) и готовности (readiness).
  • Отчет о текущем состоянии подов и контейнеров в etcd через API Server.
  • Обработка команд от API Server, таких как перезапуск или обновление контейнеров.

Особенности​

  • Взаимодействует с Container Runtime Interface (CRI), обеспечивая взаимодействие с контейнерными движками (например, containerd или CRI-O).
  • Поддерживает выполнение проверок liveness и readiness probes, которые помогают определить, когда контейнеры готовы к обслуживанию трафика или когда их следует перезапустить.
  • Обеспечивает точность и согласованность состояния контейнеров на узле, передавая информацию о текущем состоянии в API Server.
  • Использует RBAC (Role-Based Access Control) (ABAC) для управления доступом к ресурсам Kubernetes, что позволяет определять, какие действия может выполнять Kubelet в рамках кластера. Это включает доступ к API Server и взаимодействие с другими компонентами, обеспечивая безопасность на уровне узлов и ресурсов.
  • Работает с ServiceAccount для аутентификации и авторизации запросов к API Server, используя соответствующие role и rolebinding.

Kubelet является важным элементом в поддержании работоспособности и безопасности контейнеров на каждом узле. Он обеспечивает корректное выполнение контейнеров, их мониторинг и взаимодействие с другими компонентами через контролируемый доступ с использованием RBAC.

4.1.5 Kubeadm​

Описание: Kubeadm — это инструмент для упрощения развертывания и настройки кластера Kubernetes. Он автоматизирует процесс установки и настройки компонентов кластера, таких как API Server, Controller Manager, Scheduler и Etcd, а также обеспечивает создание и настройку соединений между узлами кластера.

Kubeadm не является полноценной системой управления кластером, а фокусируется на базовой настройке инфраструктуры и установке. Он предоставляет возможность быстро настроить кластер Kubernetes, соблюдая лучшие практики и рекомендации по безопасности.

Функции​

  • Инициализация мастер-узла Kubernetes, включая создание конфигураций и сертификатов.
  • Подключение рабочих узлов к кластеру.
  • Настройка сетевой инфраструктуры и взаимодействия между компонентами.
  • Управление жизненным циклом сертификатов, включая их создание, продление и обновление.
  • Обеспечение безопасного соединения между узлами с использованием TLS сертификатов для шифрования трафика.
  • Создание и настройка необходимых сервисных аккаунтов и ролей для работы кластера.

Особенности​

  • Подходит как для тестовых, так и для продуктивных сред.
  • Поддерживает настройку высокодоступных кластеров и поддержку различных типов хранилищ.
  • Упрощает процесс обновления и миграции компонентов Kubernetes, минимизируя риски при переходах между версиями.
  • Обеспечивает автоматическое управление сертификатами, что значительно упрощает процесс обеспечения безопасности кластера.

4.1.6 Kubectl​

Описание:
Kubectl — это командная утилита для взаимодействия с Kubernetes-API сервером. Kubectl используется администраторами и разработчиками для управления ресурсами кластера Kubernetes. С помощью kubectl можно создавать, изменять, удалять и просматривать ресурсы в кластере, а также выполнять диагностику и мониторинг состояния системы. Kubectl служит клиентским интерфейсом для отправки запросов на сервер Kubernetes, обеспечивая удобный доступ к функционалу кластера.

Функции:​

  • Взаимодействие с API Server: Kubectl отправляет HTTP-запросы на API Server, используя RESTful API для выполнения различных операций (например, создание или удаление подов, развертывание приложений).
  • Управление ресурсами кластера: Создание, изменение, удаление и просмотр ресурсов, таких как поды, реплика-сеты, деплойменты, сервисы и другие объекты Kubernetes.
  • Получение состояния кластера: Просмотр состояния ресурсов, логов контейнеров и диагностика проблем.
  • Реализация операций с контекстами и конфигурациями: Возможность работы с несколькими кластерами через контексты, использование различных конфигурационных файлов для управления доступом и настройками (например, через kubectl config).
  • Запуск команд и сценариев: Возможность выполнения различных команд, включая запуск одноразовых подов для выполнения администраторских задач, а также выполнение команд внутри контейнеров через kubectl exec.

Особенности:​

  • Поддержка нескольких кластеров: Kubectl может быть настроен на взаимодействие с несколькими кластерами Kubernetes, позволяя переключаться между ними с помощью контекстов.
  • Интерактивные команды: Возможность использования флагов для вывода информации в удобном формате (например, -o yaml, -o json) для более детального анализа или использования в скриптах.
  • Диагностика и отладка: Kubectl предоставляет инструменты для диагностики и отладки работы приложений в кластере, включая доступ к логам (kubectl logs), выполнение команд внутри контейнеров (kubectl exec), а также мониторинг состояния подов и узлов.
  • Автоматизация и интеграция с CI/CD: Kubectl активно используется в процессах автоматизации развертывания и управления приложениями в Kubernetes, интегрируясь с системами CI/CD для непрерывной интеграции и доставки.

4.2. ETCD​

4.2.1. Etcd​

Описание: Etcd — это распределенное хранилище с открытым исходным кодом, которое используется для хранения всех данных конфигурации и состояния кластера Kubernetes. Все ключевые данные, такие как состояние подов, деплойментов, секретов и сервисов, сохраняются в etcd. Это хранилище обеспечивает консистентность данных и позволяет кластерам Kubernetes восстанавливать свое состояние после сбоев.

etcd является основой для всего кластера, обеспечивая надежность и высокую доступность данных. В Kubernetes используется в качестве централизованного хранилища для всех метаданных о кластере, включая конфигурации и статусы компонентов.

Функции​

  • хранение всей конфигурации и состояния кластера Kubernetes.
  • обеспечение согласованности данных в распределенной системе.
  • поддержка высокой доступности и отказоустойчивости через репликацию данных.
  • возможность восстановления состояния кластера в случае сбоев.

Особенности​

  • Консистентность: Использует алгоритм консенсунса Raft для обеспечения целостности данных.
  • Высокая доступность: Поддержка репликации данных между несколькими узлами для обеспечения отказоустойчивости.
  • Распределенность: Распределенное хранилище с возможностью масштабирования, позволяющее организовать несколько реплик для достижения высокоскоростной работы и резервного копирования.
  • API-интерфейс: Предоставляет REST API для доступа и управления данными, хранящимися в etcd.

4.2.2. Etcdbrctl​

Описание: etcdbrctl — это компонент, разработанный в рамках проекта Gardener, для резервного копирования и восстановления данных ETCD.

Функции​

  • Создание полных и инкрементальных бэкапов ETCD по расписанию (cron).
  • Хранение бэкапов в локальной файловой системе или S3-совместимых хранилищах.
  • Управление числом хранимых снапшотов и их автоматическая очистка (garbage collection).
  • Поддержка сжатия бэкапов (gzip) и загрузки чанками.
  • Восстановление данных ETCD из выбранного бэкапа.
  • Автоматическая дефрагментация и компакция ETCD по расписанию.

Особенности​

  • CLI-утилита (etcdbrctl snapshot, etcdbrctl restore, etcdbrctl server).
  • HTTP endpoint (в server-режиме) для health-check и метрик.
  • Формат размещения через DaemonSet, static pod или systemd-unit.

4.3. Runc​

Описание: Runc — это низкоуровневый инструмент для создания и управления контейнерами, реализующий спецификацию Open Container Initiative (OCI). Он используется для выполнения контейнеров в Kubernetes через CRI (Container Runtime Interface).

Функции​

  • Запуск контейнеров с использованием контейнерных образов.
  • Управление жизненным циклом контейнеров (создание, запуск, остановка).
  • Обеспечение изоляции и безопасности контейнеров на уровне операционной системы.

Особенности​

  • Работает как контейнерный runtime для Kubernetes, обеспечивая выполнение контейнеров в строго ограниченной среде.
  • Взаимодействует с контейнерной средой через CRI, используя интерфейсы типа containerd или CRI-O.

4.4. Containerd​

Описание: Containerd — это высокопроизводительный контейнерный рантайм с открытым исходным кодом, который используется для запуска и управления контейнерами. Он предоставляет функциональность, необходимую для работы с контейнерами. Например, создание, запуск, управление жизненным циклом контейнеров и работа с образами. Containerd интегрируется с CRI (Container Runtime Interface), предоставляя необходимую абстракцию для взаимодействия с Kubernetes через kubelet.

Containerd является компонентом низкого уровня, который используется для взаимодействия с контейнерами и их выполнением, при этом он не предоставляет полноценной оркестрации или планирования контейнеров — эти функции выполняет Kubernetes.

Функции​

  • Управление жизненным циклом контейнеров, включая создание, запуск, остановку и удаление контейнеров.
  • Работа с образами контейнеров: загрузка, извлечение и хранение образов.
  • Поддержка взаимодействия с CRI для интеграции с Kubernetes через kubelet.
  • Обработка сетевых настроек и монтирование дисковых томов для контейнеров.
  • Управление ресурсами контейнеров, такими как CPU, память и I/O.
  • Интеграция с containerd-shim для управления изоляцией и связью с контейнерами на уровне операционной системы.

Особенности​

  • Совместим с Open Container Initiative (OCI), что обеспечивает поддержку стандартов контейнерных образов и спецификаций.
  • Легковесный и высокоэффективный контейнерный рантайм, ориентированный на поддержку масштабируемых и производительных контейнерных решений.
  • Использует gRPC API для управления контейнерами и взаимодействия с другими компонентами системы.
  • Может быть использован не только с Kubernetes, но и в других контейнерных оркестраторах и решениях.
  • Поддерживает расширяемость через плагины, для взаимодействия с различными сетевыми решениями, хранилищами и другими системами.

Containerd предоставляет базовую инфраструктуру для управления контейнерами, которая может быть использована как часть более крупных систем, таких как Kubernetes, для работы с контейнерами в распределенной среде.

4.5. Crictl​

Описание: Crictl — это инструмент командной строки для взаимодействия с контейнерной средой, использующей интерфейс CRI. Crictl позволяет администратору выполнять операции с контейнерами и подами, такие как создание, запуск, остановка и получение информации о контейнерах, которые управляются через CRI.

Функции​

  • Отправка команд в контейнерные среды, использующие CRI.
  • Управление жизненным циклом контейнеров.
  • Получение информации о контейнерах, подах и их статусе.

Особенности​

  • Удобный инструмент для диагностики и отладки контейнерных приложений в Kubernetes.
  • Предоставляет функциональность, аналогичную стандартным инструментам Docker, но ориентированную на CRI.