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アーキテクチャ ​

全体像 ​

Kubernetes は中心に置かれた API サーバを取り巻くプロセス群だ。API サーバだけが真実の源である etcd と通信する。ほかのすべては API サーバの変更を watch して反応する。コントロールプレーンのコンポーネント (kube-apiserver, kube-controller-manager, kube-scheduler) が「何をどこで動かすか」を決め、ノードのコンポーネント (kubelet, kube-proxy) が各マシン上でそれを実現する。各コントロールプレーンのバイナリは薄い main を持ち、Cobra コマンドへ委譲する (例: cmd/kube-scheduler/scheduler.go:29)。実装本体は pkg/ 配下にある。

コンポーネント ​

kube-apiserver ​

入り口であり、etcd への唯一の書き手。API オブジェクトを検証・永続化し、ほかのすべてが購読する watch を提供する。エントリポイント: cmd/kube-apiserver/apiserver.go:32。実装は pkg/controlplane と pkg/kubeapiserver 配下。

kube-scheduler ​

ノード未割当の Pod を watch し、feasible なノードを選び、binding を API サーバへ書き戻す。エントリポイント: cmd/kube-scheduler/scheduler.go:29。中核ロジックは pkg/scheduler。

kube-controller-manager ​

組み込みのコントローラ群 (Deployment, ReplicaSet, Node など) を動かす。各コントローラはオブジェクトを watch し、観測された状態を望ましい状態へ収束させる。実装は pkg/controller 配下。

kubelet ​

各ノードのエージェント。自ノードに割り当てられた Pod を API サーバから watch し、CRI 経由でコンテナランタイムを駆動してコンテナを起動・停止する。エントリポイント: cmd/kubelet/kubelet.go:35。実装は pkg/kubelet 配下。

リクエストの流れ ​

Pod 1 個のスケジューリングが代表的なパスだ。アンカーはすべて pkg/scheduler/schedule_one.go 内。

  1. ScheduleOne がキューから次のエンティティを取り出し、Pod なら scheduleOnePod へ振り分ける (schedule_one.go:67)。
  2. scheduleOnePod は Pod に対応する scheduling profile を解決し、サイクル用に新しい CycleState を確保する (schedule_one.go:93)。
  3. schedulingCycle がノードスナップショットを更新し、スケジューリングアルゴリズムを走らせる (schedule_one.go:177)。
  4. schedulePod がノードをフィルタし、残ったものをスコアリングして最高スコアを選ぶ (schedule_one.go:564)。
  5. prepareForBindingCycle が Pod をキャッシュへ assume し、Reserve と Permit プラグインを走らせる (schedule_one.go:196)。
  6. binding は別 goroutine で走り、次の Pod は API 書き込みを待たない (schedule_one.go:141)。

既定の binder は v1.Binding を選択ノード宛に作って API サーバへ POST する。これが Pod を実際にノードへ束縛する唯一の書き込みだ (default_binder.go:52)。

主要な設計判断 ​

API サーバが etcd への唯一の書き手であり、ほかのすべては宣言された状態へ収束させる watcher だ。整合性モデルを 1 箇所にまとめ、コントローラを独立に動かせる。

スケジューラは Pod を自身のキャッシュへ楽観的に assume してから非同期に bind する (schedule_one.go:141)。bind の API 往復をクリティカルパスから外すので、スケジューリングのスループットがそれに律速されない。代償として、API がまだ確定していない配置をキャッシュが一瞬保持しうる。

拡張ポイント ​

スケジューラは完全に framework プラグインから構成される。Framework インターフェースが拡張点を定義する: PreFilter・Filter・Score・Reserve・Permit・PreBind・Bind (pkg/scheduler/framework/interface.go:200)。クラスタレベルでは Custom Resource Definition とコントローラ、admission webhook、ランタイム・ネットワーク・ストレージ向けの CRI・CNI・CSI インターフェースを公開する。