Kubernetes 基础架构组件：Node

在这个 Kubernetes 中，节点(Node) 是执行工作的机器，曾经叫做 minion 。根据集群的实际情况
，节点可以是一个虚拟机或者是物理机器。每个节点都包含于运行 pods 的必要服务，并由主控组件
管理。节点上的服务包括容器运行时、 Kubelet 和 kube-proxy .

以下内容来自 Kubernetes 官网，部分内容来自个人 Kubernetes 集群。

Node 是啥

Node 就是集群里面的机器，不然还能是啥？所以这章也就没啥好说的，和大部分的集群环境一样，会有一些基础的概念，比如节点的状态，节点的容量，节点资源分配等问题。这里直接看官网介绍就好了。

节点状态

每个节点的状态，会有以下几点内容:

地址
条件
容量与可分配
信息

我们查询一个节点的状态信息一般是用:

script

1	kubectl describe node <node_name>

这里，你要是不知道有哪些 node ，可以使用:

script

1	kubectl get nodes

去查看这个 node 的名称。这里我们查询的 node 为 k8s-master:

script

1	kubectl describe node k8s-master

查询到的内容如下:

script

Name:               k8s-master
Roles:              master
Labels:             beta.kubernetes.io/arch=amd64
                    beta.kubernetes.io/os=linux
                    kubernetes.io/arch=amd64
                    kubernetes.io/hostname=k8s-master
                    kubernetes.io/os=linux
                    node-role.kubernetes.io/master=
Annotations:        kubeadm.alpha.kubernetes.io/cri-socket: /var/run/dockershim.sock
                    node.alpha.kubernetes.io/ttl: 0
                    projectcalico.org/IPv4Address: 172.19.0.1/16
                    projectcalico.org/IPv4IPIPTunnelAddr: 10.108.82.192
                    volumes.kubernetes.io/controller-managed-attach-detach: true
CreationTimestamp:  Mon, 13 Apr 2020 05:58:13 -0400
Taints:             node-role.kubernetes.io/master:NoSchedule
Unschedulable:      false
Lease:
  HolderIdentity:  k8s-master
  AcquireTime:     <unset>
  RenewTime:       Sun, 19 Apr 2020 22:36:04 -0400
Conditions:
  Type                 Status  LastHeartbeatTime                 LastTransitionTime                Reason                       Message
  ----                 ------  -----------------                 ------------------                ------                       -------
  NetworkUnavailable   False   Sun, 19 Apr 2020 22:13:07 -0400   Sun, 19 Apr 2020 22:13:07 -0400   CalicoIsUp                   Calico is running on this node
  MemoryPressure       False   Sun, 19 Apr 2020 22:32:50 -0400   Mon, 13 Apr 2020 05:58:10 -0400   KubeletHasSufficientMemory   kubelet has sufficient memory available
  DiskPressure         False   Sun, 19 Apr 2020 22:32:50 -0400   Mon, 13 Apr 2020 05:58:10 -0400   KubeletHasNoDiskPressure     kubelet has no disk pressure
  PIDPressure          False   Sun, 19 Apr 2020 22:32:50 -0400   Mon, 13 Apr 2020 05:58:10 -0400   KubeletHasSufficientPID      kubelet has sufficient PID available
  Ready                True    Sun, 19 Apr 2020 22:32:50 -0400   Thu, 16 Apr 2020 22:33:18 -0400   KubeletReady                 kubelet is posting ready status
Addresses:
  InternalIP:  192.168.1.101
  Hostname:    k8s-master
Capacity:
  cpu:                4
  ephemeral-storage:  17394Mi
  hugepages-1Gi:      0
  hugepages-2Mi:      0
  memory:             3861364Ki
  pods:               110
Allocatable:
  cpu:                4
  ephemeral-storage:  16415037823
  hugepages-1Gi:      0
  hugepages-2Mi:      0
  memory:             3758964Ki
  pods:               110
System Info:
  Machine ID:                 089897d9310342a7b471b85150848676
  System UUID:                71784D56-8D6F-D0BF-3E93-5E4DFDA9383B
  Boot ID:                    f736c8cc-193c-4fef-b19b-9c108ed985c5
  Kernel Version:             3.10.0-1062.el7.x86_64
  OS Image:                   CentOS Linux 7 (Core)
  Operating System:           linux
  Architecture:               amd64
  Container Runtime Version:  docker://19.3.8
  Kubelet Version:            v1.18.1
  Kube-Proxy Version:         v1.18.1
Non-terminated Pods:          (10 in total)
  Namespace                   Name                                         CPU Requests  CPU Limits  Memory Requests  Memory Limits  AGE
  ---------                   ----                                         ------------  ----------  ---------------  -------------  ---
  kube-system                 calico-node-wxrwm                            250m (6%)     0 (0%)      0 (0%)           0 (0%)         5d18h
  kube-system                 coredns-546565776c-ckczn                     100m (2%)     0 (0%)      70Mi (1%)        170Mi (4%)     6d16h
  kube-system                 coredns-546565776c-dlxbn                     100m (2%)     0 (0%)      70Mi (1%)        170Mi (4%)     6d16h
  kube-system                 etcd-k8s-master                              0 (0%)        0 (0%)      0 (0%)           0 (0%)         6d16h
  kube-system                 kube-apiserver-k8s-master                    250m (6%)     0 (0%)      0 (0%)           0 (0%)         6d16h
  kube-system                 kube-controller-manager-k8s-master           200m (5%)     0 (0%)      0 (0%)           0 (0%)         6d16h
  kube-system                 kube-proxy-x57vh                             0 (0%)        0 (0%)      0 (0%)           0 (0%)         6d16h
  kube-system                 kube-scheduler-k8s-master                    100m (2%)     0 (0%)      0 (0%)           0 (0%)         6d16h
  kubernetes-dashboard        dashboard-metrics-scraper-dc6947fbf-hkwc7    0 (0%)        0 (0%)      0 (0%)           0 (0%)         6d15h
  kubernetes-dashboard        kubernetes-dashboard-5d4dc8b976-z57zv        0 (0%)        0 (0%)      0 (0%)           0 (0%)         6d15h
Allocated resources:
  (Total limits may be over 100 percent, i.e., overcommitted.)
  Resource           Requests    Limits
  --------           --------    ------
  cpu                1 (25%)     0 (0%)
  memory             140Mi (3%)  340Mi (9%)
  ephemeral-storage  0 (0%)      0 (0%)
  hugepages-1Gi      0 (0%)      0 (0%)
  hugepages-2Mi      0 (0%)      0 (0%)
Events:
  Type    Reason                   Age                From                    Message
  ----    ------                   ----               ----                    -------
  Normal  Starting                 23m                kubelet, k8s-master     Starting kubelet.
  Normal  NodeHasSufficientMemory  23m (x8 over 23m)  kubelet, k8s-master     Node k8s-master status is now: NodeHasSufficientMemory
  Normal  NodeHasNoDiskPressure    23m (x8 over 23m)  kubelet, k8s-master     Node k8s-master status is now: NodeHasNoDiskPressure
  Normal  NodeHasSufficientPID     23m (x7 over 23m)  kubelet, k8s-master     Node k8s-master status is now: NodeHasSufficientPID
  Normal  NodeAllocatableEnforced  23m                kubelet, k8s-master     Updated Node Allocatable limit across pods
  Normal  Starting                 23m                kube-proxy, k8s-master  Starting kube-proxy.

我们可以看到，在这个节点的描述信息中，记录了当前节点的角色，标签，依赖等信息，同时还有各个命名空间的的一些基本信息，比如CPU的使用，内存的使用等信息。
Events 里面就是一些日志类的描述了。

在这个节点状态里面有几个东西:

地址 Address

这个地址可以看下，其实就是我们的本机的IP以及本机的HostName,比如这里的:

script

1
2
3

Addresses:
  InternalIP:  192.168.1.101
  Hostname:    k8s-master

条件 Conditions

script

Conditions:
  Type                 Status  LastHeartbeatTime                 LastTransitionTime                Reason                       Message
  ----                 ------  -----------------                 ------------------                ------                       -------
  NetworkUnavailable   False   Sun, 19 Apr 2020 22:13:07 -0400   Sun, 19 Apr 2020 22:13:07 -0400   CalicoIsUp                   Calico is running on this node
  MemoryPressure       False   Sun, 19 Apr 2020 22:32:50 -0400   Mon, 13 Apr 2020 05:58:10 -0400   KubeletHasSufficientMemory   kubelet has sufficient memory available
  DiskPressure         False   Sun, 19 Apr 2020 22:32:50 -0400   Mon, 13 Apr 2020 05:58:10 -0400   KubeletHasNoDiskPressure     kubelet has no disk pressure
  PIDPressure          False   Sun, 19 Apr 2020 22:32:50 -0400   Mon, 13 Apr 2020 05:58:10 -0400   KubeletHasSufficientPID      kubelet has sufficient PID available
  Ready                True    Sun, 19 Apr 2020 22:32:50 -0400   Thu, 16 Apr 2020 22:33:18 -0400   KubeletReady                 kubelet is posting ready status

这里的条件就是当前所有的 Running 节点的状态,说明如下:

OutOfDisk: True 表示节点的空闲空间不足以用于添加新 pods, 否则为 False;
Ready: 表示节点是健康的并已经准备好接受 pods；False 表示节点不健康而且不能接受 pods；Unknown 表示节点控制器在最近 40 秒内没有收到节点的消息;
MemoryPressure: True 表示节点存在内存压力 – 即节点内存用量低，否则为 False;
PIDPressure: True 表示节点存在进程压力 – 即进程过多；否则为 False;
DiskPressure: True 表示节点存在磁盘压力 – 即磁盘可用量低，否则为 False;
NetworkUnavailable: True 表示节点网络配置不正确；否则为 False.

节点条件使用一个JSON 对象表示:

{
  "conditions": [
    {
      "type": "Ready",
      "status": "True",
      "reason": "KubeletReady",
      "message": "kubelet is posting ready status",
      "lastHeartbeatTime": "2019-06-05T18:38:35Z",
      "lastTransitionTime": "2019-06-05T11:41:27Z"
    }
  ]
}

如果说，Ready 的条件状态处于 Unknown 或者 False 的时间超过了 pod-eviction-timeout (这是一个传递给 kube-controller-manager的参数)，节点上所有的 Pods 都会被节点控制器计划删除。默认时间是 5 min 。
在某些情况下，当节点不可访问的时候， ApiServer 不能个其他的 Kubelet 通信。删除的 Pods 的决定不能传达给 Kubelet , 直到它重新建立和 ApiServer 的连接为止。

容量与可分配 Capacity & Allocatable

script

Capacity:
  cpu:                4
  ephemeral-storage:  17394Mi
  hugepages-1Gi:      0
  hugepages-2Mi:      0
  memory:             3861364Ki
  pods:               110
Allocatable:
  cpu:                4
  ephemeral-storage:  16415037823
  hugepages-1Gi:      0
  hugepages-2Mi:      0
  memory:             3758964Ki
  pods:               110

管理

与 Pods 和 Services 不同，节点并不是在 Kubernetes 内部创建的，这个会在后面的博文中提及到关于 Node , Pod 的创建过程。

当 Kubernetes 创建一个 Node 时，仅仅是创建了一个 Node 的对象来表示 Node 节点，同时呢，在创建后，Kubernetes 将会检查这个节点是否可用。

注意
Kubernetes 保留无效节点的对象，并继续检查它是否有效。必须显式删除 Node 对象以停止此过程。
当前，有 3 个组件同 Kubernetes 节点接口交互：节点控制器、kubelet 和 kubectl。

节点控制器

这个是一个 master 里面的组件，管理节点的方方面面，主要扮演下面几个角色:

节点注册时，为它分配一个CIDR Block(如果打开了 CIDR 分配)
节点列表的更新
监控节点的健康情况

心跳机制

Kubernetes 节点的心跳机制有助于确定节点的可用性。心跳的形式有两种:

NodeStatus
Lease 对象

每个节点在 kube-node-lease 命名空间中都有一个关联的 Lease 对象。Lease 是一种轻量级的资源，可在集群扩展时提高心跳机制的性能。

kubelet 负责创建和更新 NodeStatus 和 Lease 对象：

当状态发生改变时，或者在配置的时间间隔内没有更新时，kubelet 会更新 NodeStatus . 每个 NodeStatus 更新的默认间隔为 5 min 。
kubelet 会每 10 s 创建并更新其 Lease 对象。 Lease 更新独立于 NodeStatus 更新而发生。

可靠性

这里的可靠性在 Kubernetes 1.4 版本升级后，节点的控制器在删除 Pod 之前会先检查下集群中的节点状态。官网介绍说:

节点控制器把驱逐频率限制在每秒 --node-eviction-rate 个（默认为 0.1）。这表示它每 10s 内至多从一个节点驱逐 Pods。

1.6 版本开始，节点控制器还负责驱逐运行在拥有 NoExecute 污点的节点上的 pods , 如果这些 pods 没有容忍这些污点。

1.8 版本开始，节点控制器负责创建代表节点条件的污点。这是 Alpha 的功能。

节点自注册

当 kubelet 标志 –register-node 为 true （默认）时，它会尝试向 API 服务注册自己。这是首选模式，被绝大多数发行版选用。

对于自注册模式，kubelet 使用下列参数启动：

--kubeconfig - 用于向 apiserver 验证自己的凭据路径。
--cloud-provider - 如何从云服务商读取关于自己的元数据。
--register-node - 自动向 API 服务注册。
--register-with-taints - 使用 taints 列表（逗号分隔的 <key>=<value>:<effect>）注册节点。当 register-node 为 false 时无效。
--node-ip - 节点 IP 地址。
--node-labels - 在集群中注册节点时要添加的标签（请参阅 NodeRestriction 准入插件在 1.13+ 中实施的标签限制）。
--node-status-update-frequency - 指定 kubelet 向 master 发送状态的频率。
启用节点授权模式和 NodeRestriction 准入插件时，仅授权小组件创建或修改其自己的节点资源。

手动节点管理

集群管理员可以创建及修改节点对象

如果管理员希望手动创建节点对象，请先设置 kubelet 标记: --register-node=false

管理员可是修改节点资源（忽略 –register-node 的设置）。修改包括在节点上设置 labels 及标记它为不可调度.