1. Kubernetes 控制面概述：核心组件功能与职责

Kubernetes 控制面（Control Plane）是集群的“大脑”，负责维护集群的期望状态、调度工作负载、响应故障并对外暴露 API。控制面由一组独立但协作的组件构成，每个组件承担明确的职责。理解这些组件的功能与交互关系，是进行架构选型与资源模型验证的基础。

1.1 控制面核心组件全景

控制面通常包含以下四个核心组件，它们运行在控制面节点（Master Node）上：

• kube-apiserver：所有组件交互的唯一入口，提供 RESTful API。
• etcd：分布式键值存储，保存集群所有状态数据。
• kube-scheduler：为新创建的 Pod 选择最合适的节点。
• kube-controller-manager：运行多个控制器，确保集群实际状态与期望状态一致。

1.2 组件职责详解

1.2.1 kube-apiserver

API Server 是控制面的前端，所有对集群的操作（包括来自 kubectl、其他组件、外部系统的请求）都必须经过它。它负责：

• 认证与授权：验证请求者身份，检查操作权限。
• 准入控制：在对象持久化之前执行准入插件（如资源配额校验、PodSecurityPolicy）。
• 数据验证与存储：校验资源对象的合法性，并将数据写入 etcd。
• 事件通知：提供 Watch 机制，让其他组件实时感知资源变化。

1.2.2 etcd

etcd 是控制面的状态存储层，以键值对形式保存集群的完整配置和运行时状态。关键特性：

• 强一致性：基于 Raft 共识算法，保证数据在多个副本间一致。
• Watch 机制：支持客户端监听键的变化，API Server 利用此机制实现事件推送。
• 数据持久化：所有数据写入磁盘，重启后不丢失。

1.2.3 kube-scheduler

Scheduler 负责为新创建的 Pod 分配工作节点。调度过程分为两个阶段：

1. 过滤（Predicates）：排除不满足 Pod 资源需求、亲和性约束、污点容忍等条件的节点。
2. 打分（Priorities）：对剩余节点按资源利用率、负载均衡等策略打分，选择最优节点。

1.2.4 kube-controller-manager

Controller Manager 是一个组件集合，内部运行多个独立的控制循环（Controller），每个控制器负责一种资源的状态调和。常见控制器包括：

1.3 组件间通信模型

控制面组件遵循严格的通信规则，确保数据一致性与安全性：

• 星型拓扑：所有组件（Scheduler、Controller Manager、kubelet、kube-proxy）只与 API Server 通信，不直接访问 etcd。
• Watch 机制：组件通过 API Server 的 Watch API 订阅资源变化，避免轮询开销。
• 唯一写入路径：只有 API Server 可以向 etcd 写入数据，其他组件只能通过 API Server 读取或提交变更。

1.4 组件职责对比总结