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Kubernetes 架构

Kubernetes 通过控制循环协调容器工作负载。本文负责组件分工、创建链路、调度和 etcd。

1. 面试核心

先记住这几条，再读正文

API 与持久状态。 apiserver 提供对象 API，etcd 保存集群对象的持久状态。卡 · 组件
控制循环。 控制器通过 API 观察对象，并持续调整实际状态。卡 · Pod 创建链路
调度与运行。 scheduler 选择节点，kubelet 通过 CRI 驱动本机容器。卡 · Pod 创建链路
多数派提交。 etcd 的 Raft 提交需要多数成员确认。卡 · etcd 存储
API 与存储安全。 RBAC 约束 API 操作，Secret 静态加密保护落盘内容。卡 · API 访问与 Secret 加密

2. 组件

必会卡 · Kubernetes 的控制平面和节点上分别有哪些组件？各自的作用是什么？

位置	组件	职责
控制平面	kube-apiserver	提供对象 API，执行认证、授权与准入
控制平面	etcd	持久保存 API 对象
控制平面	kube-scheduler	给未绑定的 Pod 选择节点
控制平面	kube-controller-manager	运行副本、节点等控制循环
云集成	cloud-controller-manager	对接云节点、路由和负载均衡器
节点	kubelet	管理本机 Pod，执行探针并上报状态
节点	容器运行时	通过 CRI 接收镜像和容器操作
节点	kube-proxy 或替代组件	实现 Service 数据转发
插件	CNI、CoreDNS、CSI	提供网络、域名解析和存储接入

核心控制组件通过 apiserver 协调对象状态。其他通信仍有直接调用。例如 kubelet 调用运行时，apiserver 访问 kubelet。日志、exec 和端口转发都涉及节点通信。

ReplicaSet 控制器观察到副本不足后，会创建 Pod。它持续校正差异，重试失败操作。控制器应按当前状态执行幂等协调。

静态 Pod 由 kubelet 读取节点清单并管理。kubeadm 的清单目录默认是 /etc/kubernetes/manifests。本地 etcd 拓扑的控制平面可用静态 Pod 启动。API 中的镜像 Pod 用于展示状态。调度器无需参与这些 Pod 的创建。

3. Pod 创建链路

必会卡 · 从 kubectl apply 一个 Deployment 到 Pod 运行起来，中间经历了哪些步骤？调度器怎样选择节点？

以提交 Deployment 为例：

kubectl 将清单发给 apiserver。
API 请求通过认证、授权、准入和校验。
apiserver 将对象持久保存到 etcd。
Deployment 控制器创建或调整 ReplicaSet。
ReplicaSet 控制器补足 Pod 对象。
scheduler 为未绑定的 Pod 选择节点。
kubelet 观察到分配结果，准备卷和容器环境。
运行时通过 CRI 接收操作，配置沙箱与网络。
容器启动后，kubelet 执行探针并上报状态。

Linux CRI 运行时可调用 CNI 配置网络。pause 容器是保留沙箱 Namespace 的一种实现。卷准备、镜像拉取等步骤存在各自的重试流程。

EndpointSlice 保存端点地址和就绪条件。未就绪端点也能出现在对象中。流量是否进入还取决于就绪状态和 Service 配置。数据路径见工作负载、Service 与集群网络。

4. 调度

必会卡 · 从 kubectl apply 一个 Deployment 到 Pod 运行起来，中间经历了哪些步骤？调度器怎样选择节点？

阶段	主要依据
过滤	requests、节点选择、污点、卷与拓扑约束
打分	资源分布、首选亲和、拓扑和镜像位置
绑定	将选择的节点写入 Pod 绑定结果

资源过滤使用 requests 和节点可分配量。实时 CPU 用量不直接替代 requests。调度还包括亲和性、污点、卷等条件。

没有可行节点时，Pod 保持 Pending。kubectl describe pod 的事件会列出过滤原因。资源不足与硬约束冲突需要分别处理。

Pod 绑定后会留在所选节点。扩容节点不会自动重新分配旧 Pod。拓扑分布约束可改善新 Pod 的分布。重新平衡需要额外策略，并考虑驱逐代价。

5. etcd 存储

必会卡 · etcd 在 Kubernetes 中起什么作用？它怎样保证多节点数据一致？etcd 出问题会有什么影响？

etcd 保存 Pod、Service、Secret 等 API 对象。应用数据库内容、容器文件和业务日志由各自系统保存。

Raft 写入需多数成员确认。3 个成员可容忍 1 个失效，5 个可容忍 2 个。增加为偶数成员会提高多数派门槛。因此，成员规划常选择奇数规模。

磁盘持久化和成员间网络都会影响提交延迟。排查应关注成员健康、Leader 变化和磁盘延迟。Raft 机制详见 Raft。

etcd 不可用会阻塞对象持久更新。已有容器和已安装的转发规则可继续工作。后端变化、节点故障和控制循环却无法正常协调。因此，业务可用性还取决于故障期间的变化。

etcd 3.6 用 etcdctl snapshot save 保存在线快照。恢复使用 etcdutl snapshot restore。Kubernetes 恢复还需处理 revision 回退与 watch 缓存。快照演练应包含 revision bump 和 mark-compacted。恢复方案应保留数据，并避免新旧集群同时提供服务。