今日目標

• 理解 Kubernetes 集群的整體架構與運作邏輯。
• 搞懂 Control Plane（主控台 / 大腦）的核心組件與職責。
• 掌握 Worker Node（工作節點 / 手腳）如何執行與管理容器。

K8s 集群的核心概念：大腦與手腳的分工

Kubernetes 採用典型的 Master-Worker（主從）架構。在 K8s 的世界裡，機器被分為兩大角色：

1. Control Plane（控制平面 / Master Node）：集群的「大腦」，負責決策、調度、監控整個集群的狀態。
2. Worker Node（工作節點）：集群的「手腳」，負責真正執行應用程式容器（Pods）。

當你下達指令「請幫我開 3 個 Nginx 服務」時，大腦會進行計算與派工，而手腳則負責把容器拉下來並跑起來。

Control Plane（控制平面）四大核心元件

Control Plane 是整個 K8s 的指揮中心，通常由以下四個元件組成：

1. kube-apiserver（集群的門面與總大廳）

• 角色：K8s 的唯一入口。
• 職責：所有外部指令（來自 kubectl CLI、Web UI 或 CI/CD）與內部元件的溝通，都必須透過 API Server。它負責對請求進行身份驗證（Authentication）、授權（Authorization）與格式檢查。

2. etcd（集群的神經記憶庫）

• 角色：高可用、分散式的 Key-Value 資料庫。
• 職責：儲存整個集群的所有狀態資料（如：目前有幾個 Pod、設定檔、 Secret 等）。K8s 遵循「無狀態」設計，所有狀態都只存在 etcd 中。

3. kube-scheduler（資源調度員）

• 角色：算力分配大師。
• 職責：當有新的 Pod 需要建立時，Scheduler 會評估各個 Worker Node 的剩餘 CPU/Memory 資源、標籤約束（Affinity）等條件，決定將 Pod 分配到哪一台最合適的 Worker Node 上。

4. kube-controller-manager（狀態總監）

• 角色：自動化維護者。
• 職責：運行各種 Controller（如 Node Controller、ReplicaSet Controller）。它的工作是持續進行「對照」：比較實際狀態（Current State）與期望狀態（Desired State）。如果實際狀態不符（例如死掉了一個 Pod），它就會主動觸發修復動作。

Worker Node（工作節點）三大核心元件

Worker Node 是實體機或 VM，負責提供運算資源來執行應用程式，包含以下元件：

1. kubelet（節點的駐店經理）

• 角色：Worker Node 上最關鍵的 Agent。
• 職責：與 Control Plane 的 kube-apiserver 保持溝通。接收調度指令後，透過 Container Runtime 確保 Node 上的容器正常啟動與運作，並定期向大腦回報節點健康狀況。

2. kube-proxy（網路交通警察）

• 角色：節點上的網路代理。
• 職責：維護 Node 上的網路規則（利用 iptables 或 IPVS），負責轉發與流量調度，讓 Pod 之間或外部流量能順利通訊。

3. Container Runtime（容器執行環境）

• 角色：真正跑容器的引擎。
• 職責：負責拉取容器映像檔（Image）並啟動容器。符合 CRI（Container Runtime Interface）標準的引擎皆可使用，如 containerd 或 CRI-O。

實務運作流程：當你執行一個部署時發生了什麼？

想像你下達了指令 kubectl create deployment nginx：

1. 接受請求：kubectl 將請求發給 kube-apiserver。
2. 寫入狀態：kube-apiserver 驗證後，將「期望部署 Nginx」的資訊寫入 etcd。
3. 觸發控制：kube-controller-manager 察覺到 etcd 的變更，發現少了一個 Nginx 實例，於是請求建立 Pod。
4. 算力排程：kube-scheduler 計算出最適合的 Worker Node（假設是 Node-01）。
5. 通知執行：kubelet（在 Node-01 上）收到 API Server 通知，命令 Container Runtime 拉取 Nginx 映像檔並啟動。
6. 網路配置：kube-proxy 設定網路路由，讓該 Pod 可以被存取。

本日小結

今天我們拆解了 K8s 的兩大核心部分：Control Plane 負責決策與維護期望狀態，Worker Node 負責接收指令並執行容器。

搞懂這套架構後，明天 Day 04 我們就要動手在本地建置實驗環境：「本地實驗場打造：使用 Minikube 建立第一個單節點 K8s 集群」！