控制器

在机器人技术和自动化领域，控制回路是一种不终止的循环，用于调节系统的状态。

控制回路的一个例子是房间里的恒温器。

当你设定温度时，这相当于告诉恒温器你的期望状态。实际的房间温度是当前状态。恒温器通过开启或关闭设备，使当前状态更接近期望状态。

在 Kubernetes 中，控制器是控制回路，它们监视你的 集群 的状态，然后在需要时进行更改或请求更改。每个控制器都试图使当前的集群状态更接近期望状态。

控制器模式

一个控制器追踪至少一种 Kubernetes 资源类型。这些 对象 有一个 spec 字段，表示期望状态。负责该资源的控制器使当前状态更接近期望状态。

控制器可能会自行执行操作；更常见的是，在 Kubernetes 中，控制器会向 API server 发送具有有用副作用的消息。下面你会看到相关的例子。

通过 API server 控制

Job 控制器是 Kubernetes 内置控制器的一个例子。内置控制器通过与集群 API server 交互来管理状态。

Job 是一个 Kubernetes 资源，它运行一个 Pod，或可能几个 Pod，以执行任务然后停止。

(一旦 被调度，Pod 对象就成为 kubelet 期望状态的一部分)。

当 Job 控制器看到一个新任务时，它会确保在集群中的某个地方，一组 Node 上的 kubelet 正在运行正确数量的 Pod 来完成工作。Job 控制器本身不运行任何 Pod 或容器。相反，Job 控制器告诉 API server 创建或移除 Pod。 控制平面 中的其他组件根据新的信息（有新的 Pod 需要调度和运行）采取行动，最终工作就完成了。

创建新 Job 后，期望状态是该 Job 已完成。Job 控制器使该 Job 的当前状态更接近你的期望状态：创建执行该 Job所需工作的 Pod，以便 Job 更接近完成。

控制器还会更新配置它们的对象的字段。例如：一旦 Job 的工作完成，Job 控制器就会更新该 Job 对象，将其标记为 Finished。

(这有点像某些恒温器通过关掉灯来指示房间温度已达到设定值)。

直接控制

与 Job 不同，有些控制器需要修改集群外部的事物。

例如，如果你使用控制回路来确保集群中有足够的 Nodes，那么该控制器就需要集群外部的东西来在需要时设置新的 Node。

与外部状态交互的控制器从 API server 获取它们的期望状态，然后直接与外部系统通信，使当前状态更接近一致。

(实际上有一个 控制器 可以水平扩展集群中的节点。)

这里的重点是，控制器会做一些改动以实现你的期望状态，然后将当前状态报告回集群的 API server。其他控制回路可以观察报告的数据并采取自己的行动。

在恒温器例子中，如果房间非常冷，则另一个控制器也可能打开防霜加热器。对于 Kubernetes 集群，控制平面通过 扩展 Kubernetes 来实现与 IP 地址管理工具、存储服务、云厂商 API 和其他服务的间接协同工作。

期望状态与当前状态

Kubernetes 采用系统云原生的视角，能够处理持续的变化。

你的集群可能随时都在变化，因为工作正在进行，控制回路会自动修复故障。这意味着，你的集群可能永远不会达到稳定状态。

只要集群的控制器正在运行并能够做出有用的更改，集群的整体状态是否稳定并不重要。

设计

作为其设计原则之一，Kubernetes 使用了许多控制器，每个控制器管理集群状态的特定方面。最常见的情况是，特定的控制回路（控制器）使用一种资源作为其期望状态，并管理另一种资源来实现该期望状态。例如，Job 的控制器跟踪 Job 对象（以发现新工作）和 Pod 对象（以运行 Job，然后查看工作何时完成）。在这种情况下，由其他组件创建 Job，而 Job 控制器创建 Pod。

使用简单的控制器而不是一个庞大、相互关联的控制回路集合是有益的。控制器可能会失败，因此 Kubernetes 被设计成能够容忍这种情况。

运行控制器的方式

Kubernetes 内置了一组运行在 kube-controller-manager 内部的控制器。这些内置控制器提供了重要的核心行为。

Deployment 控制器和 Job 控制器是 Kubernetes 自身自带的控制器（“内置”控制器）的例子。Kubernetes 允许你运行一个具备弹性的控制平面，这样如果任何内置控制器发生故障，控制平面的另一部分将接管工作。

你可以找到运行在控制平面之外的控制器，用于扩展 Kubernetes。或者，如果你愿意，你可以自己编写一个新的控制器。你可以将自己的控制器作为一组 Pod 运行，也可以在 Kubernetes 外部运行。最适合的方式取决于该特定控制器的功能。

下一步

上次修改时间：2024 年 9 月 1 日 1:54 AM PST：修复从 "overview/components/#..." 到 "architecture/#..." 的断链 (#47724) (7e64c2db82)