Karmada

Karmada 是一个开源的 Kubernetes 多集群管理系统，让您能够在多个 Kubernetes 集群和云环境中运行云原生应用程序，而无需修改应用程序本身。通过使用 Kubernetes 原生 API 并提供先进的调度功能，Karmada 实现了真正的开放式多云 Kubernetes 管理。

更多关于 Karmada 的详细信息，请访问 Karmada 官方文档。

核心架构与组件

下图展示了 Karmada 的整体架构以及各组件之间的关系。

控制平面组件

karmada-apiserver

• 扩展了 Kubernetes API 的 Karmada API 服务器
• 作为 Karmada 控制平面的前端入口
• 支持使用 kubectl 直接操作 Karmada 资源

karmada-aggregated-apiserver

• 基于 Kubernetes API 聚合层技术的聚合 API 服务器
• 提供集群 API 和相关子资源
• 支持通过 karmada-apiserver 代理访问成员集群

kube-controller-manager

• 继承自 Kubernetes 的控制器管理器
• 保持与原生 Kubernetes 一致的用户体验和行为
• 负责处理标准的 Kubernetes 资源控制逻辑

karmada-controller-manager

• 运行多个 Karmada 自定义控制器
• 监视 Karmada 对象并与成员集群 API 交互
• 负责在成员集群中创建和管理 Kubernetes 资源

调度与策略组件

karmada-scheduler

• 负责将 Kubernetes 原生 API 资源（包括 CRD）调度到成员集群
• 根据调度策略、资源约束和集群可用性确定最佳部署位置
• 支持多种调度算法和策略

karmada-descheduler

• 定期检测集群中的资源分布状态
• 根据成员集群状态变化触发重新调度
• 优化资源分配和集群负载均衡

karmada-scheduler-estimator

• 提供精确的集群资源估算服务
• 为调度器提供实时的集群资源信息
• 提高调度决策的准确性

扩展与管理组件

karmada-webhook

• HTTP 回调服务，处理 Karmada 和 Kubernetes API 请求
• 支持验证（Validating）和变更（Mutating）webhook
• 用于执行自定义策略和对象修改

karmada-agent

• 在 Pull 模式下部署在成员集群的代理组件
• 负责将集群注册到 Karmada 控制平面
• 处理资源清单的同步和状态上报

karmada-search

• 提供全局搜索和资源代理功能
• 支持跨多个集群的资源查询和访问
• 简化多云环境下的资源管理

存储与工具

etcd

• Karmada 控制平面的后端存储
• 存储所有 Karmada 和 Kubernetes API 对象
• 提供高可用和一致性保证

karmadactl

• Karmada 官方命令行工具
• 支持集群注册、资源管理等操作
• 提供完整的 Karmada 管理功能

kubectl karmada

• 以 kubectl 插件形式提供的工具
• 功能与 karmadactl 完全相同
• 便于集成到现有的 kubectl 工作流中

集群注册与管理

Karmada 支持将多个 Kubernetes 集群注册到控制平面进行统一管理。集群注册提供了两种模式来适应不同的网络环境和安全需求。

Push 模式

在 Push 模式下，Karmada 控制平面直接访问成员集群的 kube-apiserver 来获取集群状态和部署应用清单。

特点：

• 控制平面主动连接成员集群
• 实时性更好，延迟更低
• 适用于网络连通性良好的环境

操作方法：

# 注册集群
kubectl karmada join <cluster-name> --kubeconfig=<member-cluster-kubeconfig>

# 取消注册集群
kubectl karmada unjoin <cluster-name> --kubeconfig=<member-cluster-kubeconfig>

Pull 模式

在 Pull 模式下，控制平面不直接访问成员集群，而是通过部署在成员集群中的 karmada-agent 组件来处理任务委派。

特点：

• 成员集群主动连接控制平面
• 适用于网络受限或安全要求较高的环境
• 支持 NAT 和防火墙后的集群

操作方法：

# 在控制平面生成注册令牌
karmadactl token create --print-register-command

# 在成员集群执行注册
karmadactl register <cluster-name> --token=<bootstrap-token> --discovery-token-ca-cert-hash=<hash>

集群标识与管理

集群对象表示

• 每个注册的集群都表示为一个 Cluster 对象
• 对象名称（.metadata.name）为注册时指定的集群名称
• 每个集群分配唯一标识符（.spec.id）防止重复注册

集群状态监控

• 实时监控集群健康状态和资源使用情况
• 支持集群标签和污点管理
• 提供集群准入控制和调度策略配置

通过这些机制，Karmada 能够有效管理大规模的多集群环境，为云原生应用提供统一、高效的部署和运维体验。