Kubernetes Worker Node组件使用及说明

Kubernetes Worker Node组件

Kubernetes 集群由控制平面（Master）和工作节点（Worker Node）构成。

在工作节点上，核心组件包括 kubelet、kube-proxy 与 Container Runtime。

这些组件各司其职，共同保障容器化应用的稳定运行。

本文将详细介绍这三个组件的职责、工作原理及它们在整个 Kubernetes 集群中的作用。

工作节点概述

在 Kubernetes 集群中，工作节点负责运行应用的 Pod。每个工作节点不仅需要具备运行容器的环境，还需要与控制平面保持通信，以便及时响应调度决策、健康检查及状态上报。

工作节点核心组件主要包括：

• kubelet：作为节点代理，负责管理本节点上的 Pod 生命周期与健康状态。
• kube-proxy：负责实现网络代理和负载均衡，使得 Service 能够将流量正确分发至后端 Pod。
• Container Runtime：提供容器的拉取、创建、启动和销毁等基本功能，目前主流选择有 Docker、containerd、CRI-O 等。

kubelet —— 节点的守护者

角色与职责

kubelet 是运行在每个工作节点上的核心守护进程，其主要任务包括：

• 注册与心跳：启动后，kubelet 向 API Server 注册当前节点，并定时发送心跳信息，报告节点和 Pod 的状态。
• Pod 生命周期管理：根据从 API Server 下发的 Pod 规范（PodSpec），负责启动、监控、重启或终止容器，确保 Pod 达到预期状态。
• 资源监控：借助内嵌工具（如 cAdvisor），实时收集节点和容器的资源使用情况（CPU、内存、磁盘等），为调度和自愈机制提供数据支撑。

工作流程

• 获取 Pod 配置

kubelet 通过 API Server 获取需要在当前节点上运行的 Pod 配置（或通过静态 Pod 文件）。

• 管理容器

根据 Pod 配置，调用 Container Runtime 启动或管理容器。

• 状态汇报

定期向 API Server 上报节点和 Pod 的运行状态，确保控制平面能及时发现异常情况。

• 示例：

当一个 Pod 中的某个容器意外退出时，kubelet 会检测到异常并依据重启策略尝试重启该容器，从而保证应用持续可用。

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kube-proxy —— 网络流量的调度员

角色与职责

kube-proxy 运行在每个工作节点上，主要负责以下任务：

• 流量转发：基于 Service 定义的 ClusterIP、端口映射等信息，维护本地的网络规则（如 iptables 或 IPVS 规则），将进入节点的流量正确转发到后端的 Pod。
• 负载均衡：当 Service 后端有多个 Pod 时，kube-proxy 通过轮询或其他负载均衡策略，将请求均匀分发到各个 Pod 上。
• 动态更新：实时监听 API Server 中 Service 和 Endpoints 的变更，动态调整网络转发规则，确保流量路由的准确性。

工作原理

• 规则生成

kube-proxy 监听 Kubernetes API Server，获取最新的 Service 配置及其对应的 Endpoints 列表。

• 规则应用

根据获取的配置信息，生成或更新 iptables/ipvs 规则，以便将到达指定 ClusterIP 的流量转发至后端 Pod。

• 流量调度

客户端访问 Service 时，规则生效后流量自动路由到对应的 Pod，实现内部负载均衡。

• 示例：

创建一个 Service 后，kube-proxy 将在每个节点上配置相应的转发规则，使得访问 Service IP 的请求自动分发到运行该 Service 的多个 Pod。

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Container Runtime —— 容器的运行时环境

角色与职责

Container Runtime 是在节点上真正执行容器任务的底层软件，其主要职责包括：

• 镜像拉取：从镜像仓库中下载应用所需的镜像。
• 容器创建与启动：基于镜像创建容器实例，并根据配置启动容器。
• 容器管理：监控容器的运行状态、资源消耗，并在必要时终止或销毁容器。
• 与 kubelet 通信：通过 Container Runtime Interface（CRI），接受 kubelet 下发的容器管理命令。

主要实现

目前 Kubernetes 支持多种 Container Runtime，如：

• Docker：曾经是默认的运行时，但随着 dockershim 的逐步弃用，已不再是未来的主流选择。
• containerd：作为一个轻量级、高效的运行时，已被广泛采用。
• CRI-O：专为 Kubernetes 设计，提供了更高效的容器管理方案。

示例：

在使用 containerd 作为运行时时，kubelet 通过 CRI 调用 containerd 的 API 来拉取镜像并启动 Pod 内的容器，整个过程高度标准化与解耦。

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三者协同工作

交互流程

• kubelet 与 Container Runtime
  kubelet 调用 CRI 接口，向 Container Runtime 发送容器启动、停止、监控等指令，实现 Pod 内容器的生命周期管理。
• kubelet 与 kube-proxy
  虽然 kubelet 主要负责容器管理，但通过上报节点状态与资源信息，为 kube-proxy 等网络组件提供参考，确保服务的稳定通信。
• 整体监控
  三者共同配合，使得控制平面能够实时感知节点的健康状况和资源使用，从而做出动态调度和自愈决策。

故障自愈

• 当某个容器因故障退出时，kubelet 及时重启容器；
• 如果网络规则失效，kube-proxy 自动调整；
• 当容器运行时出现异常，kubelet 可依赖 CRI 接口发起重试或更换镜像等操作。

总结

在 Kubernetes Worker Node 中，kubelet、kube-proxy 与 Container Runtime 各自承担着关键职责，共同构成了工作节点的基础：

• kubelet 确保每个节点上 Pod 的期望状态，进行生命周期管理与状态上报。
• kube-proxy 保证网络流量的正确路由与负载均衡，支持 Service 的透明访问。
• Container Runtime 负责容器的实际运行，为应用提供标准化的执行环境。

以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持脚本之家。

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