Kubernetes 架構圖解：Cluster、Node Pool、Node、Pod 一次搞懂

更新於 2025/07/31發佈於 2025/07/31閱讀時間約 8 分鐘

Kubernetes 中關鍵角色

Pod 是 Kubernetes 中最小的、可部署的運算單元。你可以把它想像成一個**「應用程式的小包裹」**。

組成：
- 一個 Pod 可以包含一個或多個容器。
- 這些容器會共享相同的網路（IP 位址、埠號）和儲存資源。
- 通常，如果多個容器需要緊密協作，而且它們的生命週期是綁定在一起的，那麼它們就會被放在同一個 Pod 裡。
功能：
- 生命週期管理： Kubernetes 不會直接管理單一的容器，而是透過 Pod 來管理容器的生命週期。當你說要啟動一個應用程式時，你實際上是在啟動一個 Pod。
- 通訊與協作： 在同一個 Pod 內的容器可以透過 localhost 互相通訊，就像在同一台機器上。
比喻：
- 容器 (Container)： 是一個獨立的應用程式貨櫃。
- Pod： 是一個**「豆莢」**，裡面裝著一個或多個「豆子」（容器）。這些豆子緊密相連，共享一個外殼（Pod 的資源）。

Node (節點) 是什麼？📦

在 Kubernetes (K8s) 的世界裡，Node (節點) 是構成整個叢集的基本工作單元。

一個 Node 可以是一台實體伺服器，也可以是一個虛擬機器 (VM)。它負責提供運算資源 (CPU, 記憶體) 和儲存空間，來運行你的應用程式。

你可以把 Node 視為 Kubernetes 叢集的骨架，所有的應用程式 (Pod) 最終都是運行在這些 Node 上。

在 Kubernetes 的架構中：

每個 Node 都是一台電腦（通常是虛擬機，如 Google Cloud VM），能夠執行多個容器。
它會跑一些必要的軟體元件，包括：
- kubelet：跟 Kubernetes 控制平面溝通
- 容器運行環境（如 Docker 或 containerd）：負責執行容器
- kube-proxy：處理網路與服務轉送

Node Pool (節點池) 是什麼？📦

它指的是一組具有相同配置的「節點 (Nodes)」的集合，簡單說就是「有相同規格的工作機群組」。

你可以把一個 Kubernetes 叢集想像成一家大型公司，而一個 Node Pool 就是公司內部的一個**「特定職能小組」或「團隊」**。這個團隊裡的所有成員都擁有相同的技能、工具和設備（例如：相同的 CPU、記憶體、硬碟大小），因此他們適合處理同一類型的工作。

當你在 GKE 上建立一個 Kubernetes 叢集（Cluster）時：

這個叢集會包含一個或多個「Node Pool」。
每個 Node Pool 裡面有多台節點（本質上是 VM 虛擬機），用來執行你的容器。
你可以根據需求建立多個 Node Pool，並為它們設定不同的：
- 機器型號（CPU、RAM）
- 作業系統（Linux、Windows）
- 自動擴展策略
- 區域（zone）或地區（region）

為什麼需要 Node Pool？🔑

在一個大型的 Kubernetes 叢集裡，你不會希望所有節點都長得一模一樣。Node Pool 的主要目的就是為了實現資源的異質性 (Heterogeneity) 和管理上的便利性。

處理不同類型的工作負載 🧩：
- 你的應用程式可能有多種不同類型。例如，一個機器學習應用可能需要配備 GPU 的高運算節點，而一個簡單的網站伺服器只需要普通的 CPU 節點。
- Node Pool 允許你在同一個叢集裡，建立多個不同配置的節點池。你可以有一個「GPU 節點池」專門跑機器學習任務，另一個「通用節點池」則用來跑你的網站服務。
簡化管理與維護 🛠️：
- Node Pool 讓你可以將維護任務應用到整個節點群組，而不是一個一個節點去處理。
- 例如，當你需要升級作業系統或 Kubernetes 版本時，你可以一次性地升級整個節點池。
- 當你想要擴展你的服務時，你只需要增加節點池的數量，而不需要為每個新節點都單獨配置。
優化成本 💰：
- Node Pool 讓你能夠為不同需求的工作負載，選擇最經濟的機器類型。
- 你可以使用較便宜的機器來運行不太重要的開發環境，而使用效能更強、成本更高的機器來運行關鍵的生產服務。
獨立的自動擴展 📈：
- 你可以為每個 Node Pool 設定獨立的自動擴展規則。
- 例如，當你的網站服務流量增加時，只有「網站節點池」會自動增加節點，而「機器學習節點池」則不受影響。

Cluster 是整個 Kubernetes 系統的集合，是管理與執行容器應用的總控制中心。

Cluster (叢集) 是 Kubernetes 架構的最頂層概念。你可以把它想像成一個**「大型的自動化工廠」

組成： 一個 Cluster 由多個 Node 組成，這些 Node 又分為兩種：
- 控制平面 (Control Plane)：負責管理和協調整個叢集，是「工廠的大腦」。
- 工作節點 (Worker Nodes)：負責實際運行應用程式，是「工廠的生產線」。
功能： Cluster 的核心目標是提供一個單一、統一的運算平台。所有在叢集裡的 Node 都是一個整體，它們共同工作，為你提供一個穩定、可擴展、高可用的應用程式運行環境。
比喻：
- 沒有 Cluster 時： 你需要手動管理每台伺服器（Node），一台一台部署應用程式，一台一台監控健康狀況。
- 有了 Cluster 後： 你只需要將你的應用程式「交給工廠的大腦」，它就會自動幫你決定要用哪條生產線（Node）來生產，要生產多少個產品（Pod），以及如何確保產品不會出問題。