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DAY 5
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Kubernetes

從Software Developer的角度一起認識 Kubernetes (二)系列 第 5

Day-05-Kubernetes Architecture 介紹 - 當建立 Pod 時,發生了什麼(二)

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Day-05-Kubernetes Architecture 介紹 - 當建立 Pod 時,發生了什麼(二)

前言

昨天我們介紹了當使用 kubectl 指令建立 Pod 時,Control Plane 如何對請求進行驗證,並將配置持久化到資料庫中,接著透過調度演算法選擇合適的 Node,並將 Pod 與該 Node 綁定(Binding)。而今天我們將繼續探討 Worker Node 是如何將 Pod 真正建立出來的過程。

Kubernetes Cluster Architecture

Archtitecture
圖檔來源 Kubernetes 官方文件

kubelet

https://miro.medium.com/v2/resize:fit:1400/format:webp/0*GWevN0yZS4roLOtu.png
圖檔來至: itnext.io/what-happens-when-you-create-a-pod-in-kubernetes

每個 Worker Node 上都會運行一個叫 kubelet 的 Process,負責監控和管理該 Node 上的 Pod。當 kube-apiserver 通知 kubelet 有新的 Pod 被綁定到該 Node 時,kubelet 會觸發 Pod 的建立流程。

該流程會透過使用 CRI、CNI、CSI 這三個 interface,將建立 Pod 的任務分派給底層的實現軟體。

  1. CRI (Container Runtime Interface):Kubernetes 用來與 Container Runtime 溝通,負責執行 Pod 的啟動、停止等操作。

    📘 常見的 Container Runtime 包括 containerd 和 CRI-O,這些軟體負責容器的建立、啟動、停止和銷毀。

  2. CNI (Container Network Interface):Kubernetes 用來管理 Pod 的網路,為 Pod 分配內部 IP,並確保 Pod 能與其他 Pod 以及外部世界進行網路通訊。

  3. CSI (Container Storage Interface):Kubernetes 用來管理存儲資源的生命週期,例如,當 Pod 需要 Volume 資源時,Kubernetes 會透過 CSI 將存儲空間與 Pod 綁定。

    📘 Kubernetes 透過這些標準接口,而不是依賴特定的實作,來完成 Pod 的建立和管理,使得 Kubernetes 管理者可以根據需求替換不同的實現軟體。

簡單來說,Kubernetes 透過:

  • CRI 初始化並啟動 Pod 的容器
  • CNI 為 Pod 配置網路並分配內部 IP
  • CSI 掛載 Volume 為 Pod 提供存儲空間

當這些步驟完成後,Pod 及其容器便正式在該 Worker Node 上運行。

https://miro.medium.com/v2/resize:fit:1400/format:webp/0*WgOaCA0trzf4SmjJ.png
圖檔來至: itnext.io/what-happens-when-you-create-a-pod-in-kubernetes

最後 kubelet 會將該 Pod 的詳細資訊(IP、狀態) 回報到 Control Plane (透過 kube-apiserver 儲存到 etcd)。

到這裡,這個 Pod 的初始化過程基本上算是完成了。如果該 Pod 中的容器運行正常,對於長期運行的 Pod(如 Deployment),Pod 的狀態會變為 Running。而對於一次性任務的 Pod(如 Job),當所有容器成功完成任務後,Pod 的狀態會變為 Succeeded

https://miro.medium.com/v2/resize:fit:1400/format:webp/0*vg1x1jEQ8pWyNzu9.png

若在執行 kubectl get pod 時,發現 Pod 的狀態為:

  • ImagePullBackOff:這代表 CRI 無法取得該 Pod 定義的 container image。建議檢查以下幾點:

    • 檢查 image 的位址和 tag 是否正確
    • 確認是否有權限從該 registry 拉取 container image
    • 檢查與 image registry 的網路連線是否正常
  • CrashLoopBackOff:這代表 Pod 的容器持續崩潰。可以透過 kubectl describe pod {pod-name} 檢查具體原因,通常可能是:

    • 容器內的應用程式啟動失敗
    • 使用 kubectl logs {pod-name} 查看容器的運行日誌
    • 檢查 liveness probe 是否與應用程式提供的端點相符

小結

整個 Pod 部署的完整流程可以參考下圖,讓你快速了解 Kubernetes 的各個組件如何協同合作來完成 Pod 的部署:
https://miro.medium.com/v2/format:webp/1*WDJmiyarVfcsDp6X1-lLFQ.png
圖片來源:The journey of a Pod: A guide to the world of Pod Lifecycle

如果你對 kubelet 如何與 CRI、CNI 互動感興趣,可以參考下圖,進一步了解它們之間的運作原理:
https://miro.medium.com/v2/resize:fit:1400/1*OuXfcIUU-VShb3kXmEU2BA.png
圖片來源:The birth story of the kubernetes pods

到這裡,大家可能會發現 kube-proxy 這個 Worker Node 的核心組件,並沒有在上述流程中出現。明天我們將深入介紹 kube-proxy,這個在 Kubernetes 中不可或缺的組件,看看它如何在網路流量轉發中發揮作用。

Refernce


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