Kubernetes 控制平面高可用架构设计

本文目录#

• 引言
• 控制平面组件
• HA 拓扑
• etcd 设计
• kube-apiserver 前端
• 运维实践
• 监控
• 总结
• 参考资料

引言#

控制平面负责集群 API、调度与状态维护，必须具备高可用（HA）能力。本文介绍控制平面组件、HA 拓扑、存储与运维要点。

控制平面组件#

• kube-apiserver：前端统一入口；
• etcd：状态存储；
• kube-controller-manager：控制循环；
• kube-scheduler：调度；
• cloud-controller-manager：云资源集成。

HA 拓扑#

• 堆叠控制面：控制平面与 etcd 同节点，适合中小集群；
• 外部 etcd：etcd 独立集群，控制面横向扩展；
• 跨可用区部署，使用负载均衡（L4/L7）暴露 apiserver；
• 采用奇数节点（3/5）保证 etcd 仲裁。

etcd 设计#

• SSD/NVMe 提升 IOPS；
• 调整 --quota-backend-bytes；
• 启用快照备份与压缩；
• 使用 TLS 保护通信；
• 监控 etcd_server_has_leader, wal_fsync_duration_seconds。

kube-apiserver 前端#

graph LR
  Client --> LB[Load Balancer]
  LB --> API1[kube-apiserver-1]
  LB --> API2[kube-apiserver-2]
  LB --> API3[kube-apiserver-3]
  API1 --> ETCD
  API2 --> ETCD
  API3 --> ETCD

运维实践#

• 使用 kubeadm/Cluster API 自动化部署；
• 控制面滚动升级前备份 etcd；
• 启用 PodDisruptionBudget 保证组件存活；
• 配置健康检查（/readyz, /livez）。

监控#

• Prometheus 收集 API QPS、请求延迟；
• etcd Exporter 监控 Leader 选举与存储；
• Loki/Elastic 收集控制面日志；
• Alertmanager 对领导者丢失、延迟升高报警。

总结#

控制平面 HA 需要从架构（奇数节点、外部 etcd）、网络（LB）到运维（备份、监控）多层保障。通过自动化部署与持续观测，可保持集群稳定。

参考资料#

• [1] Kubernetes Production Environment Best Practices. https://kubernetes.io/docs/setup/production-environment/cluster-high-availability/
• [2] etcd Operator Guide. https://etcd.io/docs/latest/

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