Kubernetes component: Hiểu rõ các thành phần cấu thành cluster

Rất nhiều người dùng Kubernetes hằng ngày nhưng lại không thật sự nắm rõ các Kubernetes component đang vận hành bên dưới. Chính những “mảnh ghép” này quyết định độ ổn định, tốc độ và khả năng mở rộng của hệ thống. Khi hiểu được chúng, bạn sẽ thấy việc quản lý cluster trở nên dễ dàng hơn rất nhiều.

Đọc bài viết sau để biết thêm về:

• Tổng quan về Kubernetes Component
• Control Plane Components trong Kubernetes
• Node Components trong Kubernetes
• Addons và các thành phần mở rộng trong Kubernetes
• Cách Kubernetes Components phối hợp với nhau

Kubernetes Component là gì?

Kubernetes component là các thành phần cấu thành nên một cluster Kubernetes. Mỗi thành phần giữ vai trò riêng trong việc điều phối, thực thi và quản lý container. 

Khi nhìn tổng thể, kiến trúc Kubernetes được chia thành hai nhóm chính: Control Plane và Worker Nodes, cùng với các thành phần mở rộng (add-ons).

• Control plane: chịu trách nhiệm quản lý trạng thái toàn hệ thống. Gồm các thành phần như kube-apiserver, etcd, kube-scheduler, controller manager những bộ phận điều phối và lưu trữ trạng thái cluster.
• Worker nodes (node components): nơi chạy workload thực tế. Gồm các thành phần như kubelet, kube-proxy và container runtime interface (CRI) với các implementation như containerd, CRI-O, chịu trách nhiệm vận hành container và giao tiếp với Control Plane.
• Add-ons / extensions: ví dụ CoreDNS, dashboard, metrics server, Ingress controllers, CNI plugins) giúp hoàn thiện môi trường production.

Đọc chi tiết: Kubernetes là gì: Toàn diện kiến thức Kubernetes nền tảng cần biết

Vì sao cần nắm rõ các Kubernetes component khi dùng Kubernetes?

Khi bạn hiểu rõ từng Kubernetes component, bạn không chỉ nắm được cách hệ thống vận hành mà còn tận dụng được nhiều lợi ích thiết thực cho việc triển khai và vận hành ứng dụng container. Ví dụ như:

• Tối ưu hóa chi phí hoạt động nhờ quản lý tài nguyên hiệu quả thông qua Resource Quotas, LimitRanges, và Horizontal Pod Autoscaler và giảm thiểu lãng phí.
• Nâng cao hiệu quả đội ngũ phát triển và DevOps khi việc triển khai, thử nghiệm và mở rộng ứng dụng trở nên nhanh và linh hoạt hơn thông qua tích hợp CI/CD và quy trình GitOps.
• Tăng khả năng triển khai đa đám mây (multi-cloud) và hybrid cloud dễ dàng di chuyển workload. Điều này đặc biệt quan trọng khi bạn muốn tránh bị ràng buộc bởi một nhà cung cấp nào đó.
• Nâng cao tính sẵn sàng và khả năng chịu lỗi cho ứng dụng: các component phối hợp để tự động mở rộng (auto-scaling), khôi phục (self-healing) và duy trì hoạt động ổn định thông qua ReplicaSets, Deployments, và StatefulSets.
• Khai thác được lợi thế của một nền tảng mã nguồn mở, có hệ sinh thái CNCF (Cloud Native Computing Foundation) đồ sộ, với cộng đồng hỗ trợ mạnh, giúp bạn linh hoạt hơn trong việc mở rộng, tích hợp và bảo trì hệ thống.

Các component trong Kubernetes Control Plane 

Trong kiến trúc của Kubernetes, nhóm các thành phần quản lý (hay còn được gọi là control plane hoặc master components) đóng vai trò trung tâm để giám sát, điều phối và duy trì trạng thái của cả cluster. 

Các thành phần chính:

API Server (kube-apiserver)

Đây là cổng giao tiếp chính của cluster: mọi tương tác từ người dùng, từ CLI kubectl hoặc từ các node khác đều đi qua API server trước khi được xử lý. API Server cung cấp RESTful API và thực hiện các bước xác thực, phân quyền (RBAC), kiểm tra admission control, đồng thời xác minh dữ liệu trước khi lưu trữ đối tượng vào etcd.

etcd

Là kho dữ liệu key-value phân tán có tính nhất quán cao (strongly consistent), nơi lưu trữ toàn bộ trạng thái và cấu hình của cluster. Một trong các kubernetes component quan trọng để đảm bảo tính nhất quán và khả năng khôi phục của hệ thống. etcd sử dụng thuật toán Raft consensus để đảm bảo tính nhất quán dữ liệu giữa các node trong cluster etcd.

Scheduler (kube-scheduler)

Khi có Pod mới hoặc workload cần được thực thi, scheduler chịu trách nhiệm lựa chọn node thích hợp dựa trên các yếu tố như yêu cầu tài nguyên, quy tắc affinity/anti-affinity, taints và tolerations, tính cục bộ dữ liệu, cùng những ràng buộc liên quan khác tiêu chí và tài nguyên sẵn có.

Đây là một thành phần control plane thiết yếu hoạt động theo cơ chế watch-list với API server.

Controller Manager (kube-controller-manager)

Thành phần này chạy nhiều controller – các vòng lặp control loops tự động theo dõi trạng thái và đảm bảo hệ thống vận hành theo đúng cấu hình mong muốn. Bao gồm các controller như: Node Controller, ReplicaSet Controller, Deployment Controller, Service Account Controller, Endpoint Controller, và nhiều controller khác. Một trong các kubernetes component quyết định reconciliation giữa trạng thái mong muốn (desired state) và thực tế (current state) của cluster.

Cloud Controller Manager (cloud-controller-manager)

Khi Kubernetes được triển khai trên môi trường đám mây hoặc tích hợp với nhà cung cấp cloud, thành phần này giúp liên kết cluster với các API của cloud provider — một phần mở rộng của nhóm control plane. Component này chạy các controller riêng cho cloud như: Node Controller (kiểm tra node với cloud provider), Route Controller (thiết lập routes), Service Controller (quản lý cloud load balancers), và Volume Controller (quản lý storage volumes).

Lưu ý: Từ Kubernetes 1.26+, cloud-controller-manager được tách riêng khỏi kube-controller-manager để tăng tính modular

Khi bạn nắm được các Kubernetes component thuộc control plane, bạn sẽ dễ dàng:

• Hiểu được cách cluster ra quyết định và phân bổ tài nguyên thông qua admission webhooks, quota tài nguyên và các lớp ưu tiên (priority classes).
• Chẩn đoán sự cố khi Pod không được tạo hoặc node không được chọn đúng bằng cách kiểm tra logs của các component, events, và sử dụng kubectl describe.
• Triển khai và cấu hình cluster một cách an toàn, ví dụ như chạy nhiều bản sao (HA) của API Server hoặc etcd để tránh điểm thất bại đơn.
• Nâng cao khả năng mở rộng và tự phục hồi của hệ thống bằng thiết kế control plane phù hợp.

Node Components trong Kubernetes

Node Components là nhóm kubernetes component chịu trách nhiệm chạy các workload thực tế trên từng node trong cluster. Mỗi node, dù là máy ảo hay máy vật lý đều có bộ thành phần riêng giúp đảm bảo container vận hành đúng cách và luôn trong trạng thái mong muốn. 

Dưới đây là ba thành phần chính của Node Components:

kubelet

kubelet là một component quan trọng chạy trên mỗi node như một system daemon. Nhiệm vụ của nó là đảm bảo các container được khởi tạo và vận hành đúng với cấu hình do Control Plane gửi đến (PodSpec). 

kubelet không quản lý các container không được Kubernetes tạo ra, và nó hoạt động theo cơ chế pull model – liên tục watch API server để nhận PodSpec mới hoặc cập nhật. kubelet cũng thường xuyên gửi báo cáo về trạng thái node và các pod đang chạy để Control Plane nắm bắt tình hình toàn cluster. 

Ngoài ra, kubelet còn xử lý việc gắn volume, đưa secret/configMap vào container, thực hiện các kiểm tra sức khỏe (liveness, readiness, startup probes) và đảm bảo giới hạn tài nguyên được áp dụng đúng.

kube-proxy

kube-proxy làcomponent đảm nhận việc quản lý lưu lượng mạng ở layer 4 (TCP/UDP) bên trong node. Nó duy trì kết nối giữa các pod và service bằng cách định tuyến và cân bằng tải lưu lượng thông qua việc cấu hình iptables, IPVS (IP Virtual Server) hoặc chế độ proxy chạy ở userspace. 

Nhờ kube-proxy, các ứng dụng trong cluster có thể giao tiếp mượt mà, bất kể chúng chạy ở node nào. kube-proxy watch các Service và Endpoint objects từ API server và tự động cập nhật rules khi có thay đổi. Từ Kubernetes 1.29+, IPVS mode được khuyến nghị cho performance tốt hơn với large-scale clusters.

Container Runtime

Container runtime là lớp nền giúp Kubernetes thực thi các container. Đây là component chịu trách nhiệm khởi chạy, dừng và quản lý vòng đời của container. Runtime phải tuân theo đặc tả CRI (Container Runtime Interface). Một số runtime phổ biến là containerd, CRI-O hoặc Docker.

Hiểu rõ cách hoạt động của các Node Components là nền tảng để quản trị và tối ưu hóa hệ thống Kubernetes hiệu quả. Khi nắm vững từng component trong node, bạn có thể:

• Phát hiện và khắc phục lỗi nhanh hơn khi container gặp sự cố.
• Tối ưu hiệu suất tài nguyên giữa các node trong cluster.
• Cải thiện khả năng mở rộng và tính sẵn sàng của hệ thống.

Add-ons và các thành phần mở rộng trong Kubernetes

Bên cạnh Control Plane và Node Components, Kubernetes còn hỗ trợ nhiều add-on và các thành phần mở rộng để bổ sung tính năng cho cluster. Đây là nhóm Kubernetes component không bắt buộc, nhưng gần như luôn được sử dụng trong môi trường thực tế để tăng cường khả năng quan sát, bảo mật, lưu trữ và mở rộng dịch vụ.

Add-on trong Kubernetes

Add-on là những Kubernetes component được cài thêm vào cluster để cung cấp chức năng bổ trợ, chẳng hạn UI quản lý, hệ thống DNS nội bộ, giám sát log, hay metric server. 

Một số loại add-on phổ biến gồm:

• DNS add-on: CoreDNS (mặc định từ Kubernetes 1.11+, thay thế kube-dns) cho phép các service và pod giao tiếp bằng tên thay vì IP. Đây là add-on được bắt buộc và tự động cài đặt trong mọi cluster. CoreDNS cung cấp service discovery thông qua DNS records cho Services và Pods với format: <service-name>.<namespace>.svc.cluster.local
• Web UI (Dashboard): Giao diện trực quan giúp người dùng quản lý tài nguyên, xem trạng thái pod, node và deployment mà không cần dùng dòng lệnh. Lưu ý: Kubernetes Dashboard cần được cấu hình xác thực và phân quyền chặt chẽ để tránh rủi ro bảo mật, đặc biệt sau những sự cố như vụ crypto-jacking tại Tesla.
• Monitoring & logging add-on: Các giải pháp như Prometheus kết hợp kube-state-metrics và node-exporter, Grafana, hoặc các stack EFK/PLG (Promtail–Loki–Grafana ngày càng được ưa chuộng nhờ nhẹ hơn) giúp theo dõi hiệu năng và phân tích log của hệ thống. Metrics Server cũng là một add-on quan trọng, cung cấp số liệu tài nguyên cho HPA và VPA.
• Network add-on: Các plugin CNI như Calico, Flannel hay Cilium giúp thiết lập mạng giữa các pod và thực thi chính sách bảo mật theo chuẩn Kubernetes. Trong giai đoạn 2024–2025, Cilium được sử dụng ngày càng rộng rãi nhờ công nghệ eBPF mang lại hiệu năng tốt hơn và khả năng quan sát hệ thống vượt trội.
• Ingress Controllers: Các giải pháp như NGINX Ingress, Traefik, HAProxy hay Istio Gateway giúp quản lý lưu lượng truy cập từ bên ngoài vào các service thông qua cơ chế định tuyến HTTP/HTTPS.

Nhờ các add-on này, cluster dễ quản lý hơn, quan sát tốt hơn và phù hợp với môi trường production yêu cầu sự ổn định lâu dài.

Thành phần mở rộng trong Kubernetes

Kubernetes được thiết kế theo kiến trúc mở, cho phép bổ sung hoặc thay đổi hành vi thông qua thành phần mở rộng (extensions). Đây là các kubernetes component cho phép nâng cấp hệ thống mà không cần chỉnh sửa lõi của Kubernetes. Một số hình thức mở rộng bao gồm:

• Custom Resource Definition (CRD): Cho phép tạo ra tài nguyên tùy chỉnh, hoạt động giống như các API mặc định của Kubernetes. CRD kết hợp với các Custom Controller tạo thành mô hình Operator. Ví dụ: Prometheus Operator, Elasticsearch Operator.
• Operators: Tự động hóa việc vận hành ứng dụng hoặc dịch vụ phức tạp bằng cách theo dõi trạng thái và tự đưa ra hành động phù hợp. Operators triển khai logic chuyên biệt cho từng ứng dụng và thường được xây dựng bằng các framework như Operator SDK, Kubebuilder hoặc KUDO.
• Admission Controllers: Can thiệp vào quá trình tạo hoặc thay đổi tài nguyên, một số dùng để mã hóa dữ liệu, giới hạn cấu hình hoặc kiểm tra bảo mật.
• Runtime extensions (CNI, CSI, CRI):
  • CNI mở rộng mạng – cho phép tích hợp các mạng lưới giải pháp khác nhau
  • CSI mở rộng hệ thống lưu trữ – chuẩn hóa cách các nhà cung cấp lưu trữ tích hợp với Kubernetes. Ví dụ: AWS EBS CSI, GCE PD CSI, Ceph CSI
  • CRI mở rộng lựa chọn container runtime – đã đề cập ở phần Node Components

Nhờ khả năng mở rộng này, Kubernetes có thể thích ứng với nhiều kiến trúc khác nhau – từ hệ thống nhỏ đến hạ tầng enterprise lớn.

Hiểu rõ các add-on và thành phần mở rộng giúp bạn lựa chọn đúng Kubernetes component khi triển khai thực tế. Chúng đóng vai trò quan trọng trong:

• Tăng hiệu quả quan sát và quản lý cluster thông qua logging tập trung, theo dõi phân tán (distributed tracing) và tổng hợp metrics
• Cải thiện bảo mật, hiệu suất mạng và khả năng lưu trữ được bảo vệ với mạng Zero Trust, mã hóa dữ liệu khi truyền (encryption in transit) và persistent volumes có mã hóa khi lưu trữ (encryption at rest)
• Tự động hóa quy trình vận hành, giảm thiểu lỗi thủ công nhờ các workflow GitOps, việc thực thi chính sách (policy enforcement) và cơ chế tự phục hồi (self-healing)
• Biến Kubernetes từ nền tảng cơ bản thành hệ thống linh hoạt, mạnh mẽ và sẵn sàng cho môi trường production với các tính năng đạt chuẩn enterprise

Bảng tóm tắt các nhóm thành phần trong Kubernetes:

Đọc chi tiết: Kubernetes tutorial: Chi tiết cách dùng Kubernetes cho người mới

Cách Kubernetes Components phối hợp với nhau 

Một trong những ưu điểm lớn nhất của Kubernetes nằm ở cách các Kubernetes component phối hợp nhịp nhàng để duy trì trạng thái mong muốn của hệ thống. Dù mỗi thành phần có vai trò riêng, nhưng tất cả hoạt động theo một quy trình tự động và thống nhất, giúp cluster vận hành ổn định và có khả năng tự phục hồi.

Control Plane đưa ra “trạng thái mong muốn”

Control Plane là nơi tiếp nhận yêu cầu từ người dùng, công cụ CI/CD hoặc API. Khi bạn tạo một Deployment, Scale Pod, hay cập nhật cấu hình mới, Control Plane ghi lại trạng thái mong muốn vào etcd, sau đó chuyển nhiệm vụ cho Scheduler và Controller Manager xử lý.

Scheduler gán Pod vào node phù hợp

Scheduler xem xét tài nguyên node, tình trạng tải và ràng buộc cấu hình để quyết định pod sẽ chạy ở đâu. Đây là bước kết nối giữa yêu cầu từ Control Plane và các node thực tế trong cluster.

Node Component triển khai workload

Sau khi Scheduler chọn được node:

• kubelet trên node watch (theo dõi) nhập PodSpec từ API Server
• container runtime tạo container
• kube-proxy thiết lập mạng để pod có thể giao tiếp với các Service khác

Các Kubernetes component này làm việc liên tục để pod được khởi chạy đúng yêu cầu.

Liên tục giám sát và tự phục hồi

Nếu một pod bị lỗi, node gặp sự cố, hoặc container dừng bất ngờ:

• kubelet báo trạng thái về Control Plane
• Controller Manager phát hiện sự chênh lệch
• Các controller cụ thể (như ReplicaSet Controller) sẽ tạo lại Pod, và Scheduler có thể chọn node mới để gán pod này

Nhờ cơ chế này, Kubernetes đảm bảo ứng dụng luôn chạy đúng với trạng thái mong muốn.

Add-on và thành phần mở rộng nâng cao khả năng quản lý

Các add-on như DNS, Dashboard, hay hệ thống giám sát giúp người vận hành quan sát, tra cứu log, theo dõi hiệu năng. Trong khi đó, các extension như CRD hay Operators giúp mở rộng khả năng của Kubernetes mà không phải chỉnh sửa lõi hệ thống.

Lưu ý cho phiên bản 2025: Cấu trúc cốt lõi của các components này không thay đổi so với các phiên bản trước (ví dụ: Kubernetes 1.31), nhưng có các cải tiến nhỏ về hiệu suất và tích hợp cloud-native, theo tài liệu chính thức.

Các câu hỏi thường gặp về Kubernetes Component

Control Plane và Node khác nhau ở điểm nào?

Control Plane và Node khác nhau ở vai trò và vị trí trong kiến trúc Kubernetes. Control Plane gồm các Kubernetes component quản lý trạng thái toàn cluster, xử lý yêu cầu và ra quyết định về lịch trình của pod.

Trong khi đó, Node là nơi các container thực tế được chạy, với những kubernetes component như kubelet, kube-proxy và container runtime chịu trách nhiệm vận hành workload.

Có thể cài đặt các Kubernetes component riêng lẻ không?

Có thể cài đặt các Kubernetes component riêng lẻ, nhưng điều này thường chỉ áp dụng cho mục đích học tập hoặc cấu hình đặc biệt. Trong môi trường production, Kubernetes được triển khai theo bộ đầy đủ để các Kubernetes component phối hợp nhịp nhàng và đảm bảo tính ổn định. Việc tách rời quá nhiều thành phần có thể làm tăng rủi ro lỗi, khó bảo trì và giảm khả năng tự động hóa của hệ thống.

Làm sao để kiểm tra các Kubernetes component đang hoạt động?

Bạn có thể kiểm tra các Kubernetes component đang hoạt động bằng lệnh:

kubectl get pods -n kube-system 

(Lưu ý: Lệnh kubectl get componentstatuses đã bị lỗi thời từ Kubernetes 1.20 và không nên sử dụng nữa). 

Với từng Node, lệnh systemctl status kubelet hoặc journalctl giúp kiểm tra trạng thái chi tiết của các dịch vụ liên quan. 

Việc thường xuyên theo dõi các Kubernetes component giúp phát hiện lỗi sớm và đảm bảo cluster vận hành ổn định.

Có bắt buộc phải cài add-on không?

Add-on không bắt buộc phải cài, bởi Kubernetes vẫn có thể hoạt động với các Kubernetes component cơ bản của Control Plane và Node. Tuy nhiên, hầu hết môi trường thực tế đều sử dụng add-on để bổ sung các tính năng cần thiết như DNS, giám sát hay giao diện quản lý. Nhờ các add-on, hệ thống trở nên dễ vận hành, quan sát rõ ràng hơn và phù hợp hơn với production.

Lưu ý cho phiên bản 2025: Không có thay đổi lớn về cấu trúc FAQ này so với Kubernetes 1.31/1.32, nhưng khuyến nghị sử dụng công cụ giám sát như Prometheus cho việc kiểm tra component tự động hóa hơn.

Tổng kết

Hiểu rõ cách các Kubernetes component hoạt động là bước quan trọng để quản trị và tối ưu hạ tầng container hiện đại. Khi nắm vững kiến trúc, bạn có thể triển khai ứng dụng linh hoạt, tự động hóa vận hành và giữ hệ thống hoạt động ổn định ngay cả ở quy mô lớn. Dù sử dụng Kubernetes cho dự án nhỏ hay môi trường production, việc đầu tư thời gian tìm hiểu từng thành phần sẽ mang lại lợi ích lâu dài trong khả năng mở rộng, bảo mật và hiệu suất.