控制器

在機器人學與自動化中，控制迴路是一種非終止迴路，用於調節系統的狀態。

以下是一個控制迴路的範例：房間中的恆溫器。

當您設定溫度時，就是在告訴恆溫器您的期望狀態。實際室溫是目前狀態。恆溫器的作用是讓目前狀態更接近期望狀態，方法是開啟或關閉設備。

在 Kubernetes 中，控制器是控制迴圈，負責監控您的叢集的狀態，然後在需要時進行變更或請求變更。每個控制器都嘗試將目前的叢集狀態朝期望狀態推進。

控制器模式

控制器至少追蹤一種 Kubernetes 資源類型。這些物件具有 spec 欄位，代表期望狀態。該資源的控制器負責使目前狀態更接近期望狀態。

控制器可能會自行執行動作；更常見的是，在 Kubernetes 中，控制器會向 API 伺服器 發送訊息，這些訊息會產生有用的副作用。您將在下方看到範例。

透過 API 伺服器控制

Job 控制器是 Kubernetes 內建控制器的範例。內建控制器透過與叢集 API 伺服器互動來管理狀態。

Job 是一種 Kubernetes 資源，會執行 Pod，或可能多個 Pod，以執行任務然後停止。

（一旦排程，Pod 物件就會成為 kubelet 的期望狀態的一部分）。

當 Job 控制器看到新任務時，它會確保在叢集的某處，一組節點上的 kubelet 正在運行適當數量的 Pod 以完成工作。Job 控制器本身不運行任何 Pod 或容器。相反地，Job 控制器會告知 API 伺服器建立或移除 Pod。控制平面的其他組件會根據新資訊採取行動（有新的 Pod 需要排程和運行），最終完成工作。

在您建立新的 Job 後，期望狀態是該 Job 完成。Job 控制器使該 Job 的目前狀態更接近您的期望狀態：建立執行您想要為該 Job 完成的工作的 Pod，以便 Job 更接近完成。

控制器也會更新設定它們的物件。例如：一旦 Job 的工作完成，Job 控制器會更新該 Job 物件，將其標記為 Finished（已完成）。

（這有點像某些恆溫器關閉指示燈，以表明您的房間現在已達到您設定的溫度）。

直接控制

與 Job 相反，某些控制器需要對叢集外部的事物進行變更。

例如，如果您使用控制迴圈來確保您的叢集中有足夠的節點，那麼該控制器就需要叢集外部的東西，以便在需要時設定新的節點。

與外部狀態互動的控制器從 API 伺服器取得其期望狀態，然後直接與外部系統通訊，使目前狀態更接近一致。

（實際上，有一個控制器可以水平擴展叢集中的節點。）

這裡的重點是，控制器進行一些變更以實現您的期望狀態，然後將目前狀態報告回叢集的 API 伺服器。其他控制迴圈可以觀察到報告的資料並採取自己的行動。

在恆溫器的範例中，如果房間非常冷，則另一個控制器也可能會打開防凍加熱器。對於 Kubernetes 叢集，控制平面透過擴展 Kubernetes 來實作，間接地與 IP 位址管理工具、儲存服務、雲端供應商 API 和其他服務協同運作。

期望狀態與目前狀態

Kubernetes 採用雲原生系統的觀點，並且能夠處理持續的變更。

您的叢集可能隨時都在變更，因為工作正在進行，並且控制迴圈會自動修復故障。這表示，您的叢集可能永遠不會達到穩定狀態。

只要叢集的控制器正在運行並能夠進行有用的變更，整體狀態是否穩定並不重要。

設計

作為其設計宗旨，Kubernetes 使用許多控制器，每個控制器管理叢集狀態的特定方面。最常見的是，特定的控制迴圈（控制器）使用一種資源作為其期望狀態，並具有另一種它管理的資源，以實現該期望狀態。例如，Job 的控制器追蹤 Job 物件（以發現新工作）和 Pod 物件（以運行 Job，然後查看工作何時完成）。在這種情況下，是其他東西建立 Job，而 Job 控制器建立 Pod。

擁有簡單的控制器比擁有一組相互關聯的單體式控制迴圈更有用。控制器可能會失敗，因此 Kubernetes 的設計允許這種情況發生。

運行控制器的方式

Kubernetes 隨附一組內建控制器，這些控制器在 kube-controller-manager 內運行。這些內建控制器提供重要的核心行為。

Deployment 控制器和 Job 控制器是作為 Kubernetes 本身一部分提供的控制器範例（「內建」控制器）。Kubernetes 讓您可以運行彈性的控制平面，因此如果任何內建控制器發生故障，控制平面的另一部分將接管工作。

您可以找到在控制平面外部運行的控制器，以擴展 Kubernetes。或者，如果您願意，您可以自己編寫新的控制器。您可以將自己的控制器作為一組 Pod 運行，或在 Kubernetes 外部運行。最適合的方式將取決於該特定控制器的功能。

下一步

• 閱讀關於 Kubernetes 控制平面 的資訊
• 探索一些基本的 Kubernetes 物件
• 深入了解 Kubernetes API
• 如果您想編寫自己的控制器，請參閱 Kubernetes 擴展模式 和 sample-controller 儲存庫。