K8S学习指南(55)-K8S核心组件Controller-Manager简介

引言

在 Kubernetes（K8s）这一容器编排平台中，Controller Manager（控制器管理器）是一个至关重要的核心组件，承担着自动化管理集群中资源的任务。本文将深入介绍 Controller Manager 的设计思路、主要功能，以及内部控制器的组成，以帮助读者更全面地理解这一关键组件。

Controller Manager 设计思路

1. 控制器模式

Kubernetes 中采用了控制器模式，这种模式是一种自动化系统管理的方法。在控制器模式下，系统通过监控实际状态，与用户期望的状态进行比较，并采取必要的措施来使系统状态趋近于期望状态。

2. 分布式系统设计

Controller Manager 是一个分布式系统，其多个实例运行在集群的多个节点上，以确保高可用性。每个控制器负责管理一个特定的资源类型，这种设计使得 Controller Manager 能够保持独立性和扩展性，更好地应对集群中复杂的管理任务。

Controller Manager 主要功能

1. 控制器管理

Controller Manager 的首要任务是管理各种控制器的生命周期。Kubernetes 中有多个内建的控制器，如 ReplicaSet、Deployment、StatefulSet 等。Controller Manager 通过启动、终止和监控这些控制器的运行状态，来保证集群中的各项资源按照用户定义的期望状态运行。

2. 控制器逻辑

每个控制器都有其特定的逻辑，用于监控系统状态并采取相应的行动，以保持系统状态的一致性。这包括资源的创建、删除、更新等操作。例如，ReplicaSet 控制器负责确保集群中运行的 Pod 数量与用户定义的期望数量一致。

3. 控制循环（Control Loop）

控制器的核心是控制循环，这是一个不断运行的过程，负责监控系统状态并采取相应的操作，使实际状态趋近于期望状态。控制循环的主要步骤包括：

• 观察（Observe）： 监控资源对象的实际状态。
• 比较（Compare）： 比较实际状态与期望状态的差异。
• 调整（Adapt）： 根据比较的结果采取相应的操作，例如创建、删除、更新资源对象。

内部控制器的组成

Kubernetes 中的内部控制器是 Controller Manager 的核心组成部分，负责管理不同类型的资源。以下是一些常见的内部控制器：

1. Replication Controller

Replication Controller 确保在集群中运行指定数量的 Pod 副本。如果实际运行的副本数量少于期望值，Replication Controller 将创建新的 Pod 副本；如果多于期望值，它将删除多余的副本。

2. ReplicaSet

ReplicaSet 是 Replication Controller 的升级版本，支持更强大的选择器匹配，提供更灵活的 Pod 副本管理。ReplicaSet 用于确保指定数量的 Pod 副本在集群中运行，并支持滚动更新。

3. Deployment

Deployment 控制器是更高级别的抽象，用于定义应用程序的部署。它管理 ReplicaSet，并提供滚动更新、回滚等功能，使得应用程序的部署和更新更加灵活和可控。

4. StatefulSet

StatefulSet 控制器用于管理有状态的应用程序，确保这些应用程序的每个副本都有唯一的标识和网络标识符。StatefulSet 通常用于部署数据库等需要持久化存储和唯一标识的应用程序。

示例演示：使用 Controller Manager 创建 Deployment

1. 创建 Deployment 资源

# deployment.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:latest

kubectl apply -f deployment.yaml

2. 查看 Deployment 控制器

kubectl get deployment my-deployment

3. 观察控制器调整状态

kubectl get pods -o wide --watch

在另一个终端中删除一个 Pod：

kubectl delete pod <pod-name>

观察 Controller Manager 通过控制循环调整系统状态，确保实际运行的 Pod 数量与期望数量一致。

结论

Controller Manager 作为 Kubernetes 控制平面的核心组件，通过控制器模式实现对集群状态的自动管理。本文详细介绍了 Controller Manager 的设计思路、主要功能以及核心组件，希望能加深读者对于K8S的理解。