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Kubernetes APIServer的原理是什么

发布时间：2021-12-03 11:19:58 作者：柒染
来源：亿速云 阅读：152

今天就跟大家聊聊有关Kubernetes APIServer的原理是什么，可能很多人都不太了解，为了让大家更加了解，小编给大家总结了以下内容，希望大家根据这篇文章可以有所收获。

前言

整个Kubernetes技术体系由声明式API以及Controller构成，而kube-apiserver是Kubernetes的声明式api server，并为其它组件交互提供了桥梁。因此加深对kube-apiserver的理解就显得至关重要了。

Kubernetes APIServer的原理是什么

整体组件功能

kube-apiserver作为整个Kubernetes集群操作etcd的唯一入口，负责Kubernetes各资源的认证&鉴权，校验以及CRUD等操作，提供RESTful APIs，供其它组件调用：

Kubernetes APIServer的原理是什么

kube-apiserver包含三种APIServer：

另外还包括bootstrap-controller，主要负责Kubernetes default apiserver service的创建以及管理。

接下来将对上述组件进行概览性总结。

bootstrap-controller

// k8s.io/kubernetes/pkg/master/controller.go:142
// Start begins the core controller loops that must exist for bootstrapping
// a cluster.
func (c *Controller) Start() {
    if c.runner != nil {
        return
    }
    // Reconcile during first run removing itself until server is ready.
    endpointPorts := createEndpointPortSpec(c.PublicServicePort, "https", c.ExtraEndpointPorts)
    if err := c.EndpointReconciler.RemoveEndpoints(kubernetesServiceName, c.PublicIP, endpointPorts); err != nil {
        klog.Errorf("Unable to remove old endpoints from kubernetes service: %v", err)
    }
    repairClusterIPs := servicecontroller.NewRepair(c.ServiceClusterIPInterval, c.ServiceClient, c.EventClient, &c.ServiceClusterIPRange, c.ServiceClusterIPRegistry, &c.SecondaryServiceClusterIPRange, c.SecondaryServiceClusterIPRegistry)
    repairNodePorts := portallocatorcontroller.NewRepair(c.ServiceNodePortInterval, c.ServiceClient, c.EventClient, c.ServiceNodePortRange, c.ServiceNodePortRegistry)
    // run all of the controllers once prior to returning from Start.
    if err := repairClusterIPs.RunOnce(); err != nil {
        // If we fail to repair cluster IPs apiserver is useless. We should restart and retry.
        klog.Fatalf("Unable to perform initial IP allocation check: %v", err)
    }
    if err := repairNodePorts.RunOnce(); err != nil {
        // If we fail to repair node ports apiserver is useless. We should restart and retry.
        klog.Fatalf("Unable to perform initial service nodePort check: %v", err)
    }
    // 定期执行bootstrap controller主要的四个功能(reconciliation)  
    c.runner = async.NewRunner(c.RunKubernetesNamespaces, c.RunKubernetesService, repairClusterIPs.RunUntil, repairNodePorts.RunUntil)
    c.runner.Start()
}

更多代码原理详情，参考 kubernetes-reading-notes 。

kubeAPIServer

KubeAPIServer主要提供对内建API Resources的操作请求，为Kubernetes中各API Resources注册路由信息，同时暴露RESTful API，使集群中以及集群外的服务都可以通过RESTful API操作Kubernetes中的资源

另外，kubeAPIServer是整个Kubernetes apiserver的核心，下面将要讲述的aggregatorServer以及apiExtensionsServer都是建立在kubeAPIServer基础上进行扩展的(补充了Kubernetes对用户自定义资源的能力支持)

kubeAPIServer最核心的功能是为Kubernetes内置资源添加路由，如下：

// k8s.io/kubernetes/pkg/master/master.go:332
// New returns a new instance of Master from the given config.
// Certain config fields will be set to a default value if unset.
// Certain config fields must be specified, including:
//   KubeletClientConfig
func (c completedConfig) New(delegationTarget genericapiserver.DelegationTarget) (*Master, error) {
    ...
    // 安装 LegacyAPI(core API)
    // install legacy rest storage
    if c.ExtraConfig.APIResourceConfigSource.VersionEnabled(apiv1.SchemeGroupVersion) {
        legacyRESTStorageProvider := corerest.LegacyRESTStorageProvider{
            StorageFactory:              c.ExtraConfig.StorageFactory,
            ProxyTransport:              c.ExtraConfig.ProxyTransport,
            KubeletClientConfig:         c.ExtraConfig.KubeletClientConfig,
            EventTTL:                    c.ExtraConfig.EventTTL,
            ServiceIPRange:              c.ExtraConfig.ServiceIPRange,
            SecondaryServiceIPRange:     c.ExtraConfig.SecondaryServiceIPRange,
            ServiceNodePortRange:        c.ExtraConfig.ServiceNodePortRange,
            LoopbackClientConfig:        c.GenericConfig.LoopbackClientConfig,
            ServiceAccountIssuer:        c.ExtraConfig.ServiceAccountIssuer,
            ServiceAccountMaxExpiration: c.ExtraConfig.ServiceAccountMaxExpiration,
            APIAudiences:                c.GenericConfig.Authentication.APIAudiences,
        }
        if err := m.InstallLegacyAPI(&c, c.GenericConfig.RESTOptionsGetter, legacyRESTStorageProvider); err != nil {
            return nil, err
        }
    }
    ...
    // 安装 APIs(named groups apis)
    if err := m.InstallAPIs(c.ExtraConfig.APIResourceConfigSource, c.GenericConfig.RESTOptionsGetter, restStorageProviders...); err != nil {
        return nil, err
    }
    ...
    return m, nil
}

整个kubeAPIServer提供了三类API Resource接口：

而API的URL大致以 /apis/{group}/{version}/namespaces/{namespace}/resource/{name} 组成，结构如下图所示：

Kubernetes APIServer的原理是什么

kubeAPIServer会为每种API资源创建对应的RESTStorage，RESTStorage的目的是将每种资源的访问路径及其后端存储的操作对应起来：通过构造的REST Storage实现的接口判断该资源可以执行哪些操作（如：create、update等），将其对应的操作存入到action中，每一个操作对应一个标准的REST method，如create对应REST method为POST，而update对应REST method为PUT。最终根据actions数组依次遍历，对每一个操作添加一个handler(handler对应REST Storage实现的相关接口)，并注册到route，最终对外提供RESTful API，如下：

// m.GenericAPIServer.InstallLegacyAPIGroup --> s.installAPIResources --> apiGroupVersion.InstallREST --> installer.Install --> a.registerResourceHandlers
// k8s.io/kubernetes/staging/src/k8s.io/apiserver/pkg/endpoints/installer.go:181
func (a *APIInstaller) registerResourceHandlers(path string, storage rest.Storage, ws *restful.WebService) (*metav1.APIResource, error) {
    ...
    // 1、判断该 resource 实现了哪些 REST 操作接口，以此来判断其支持的 verbs 以便为其添加路由
    // what verbs are supported by the storage, used to know what verbs we support per path
    creater, isCreater := storage.(rest.Creater)
    namedCreater, isNamedCreater := storage.(rest.NamedCreater)
    lister, isLister := storage.(rest.Lister)
    getter, isGetter := storage.(rest.Getter)
    ...
    // 2、为 resource 添加对应的 actions(+根据是否支持 namespace)
    // Get the list of actions for the given scope.
    switch {
    case !namespaceScoped:
        // Handle non-namespace scoped resources like nodes.
        resourcePath := resource
        resourceParams := params
        itemPath := resourcePath + "/{name}"
        nameParams := append(params, nameParam)
        proxyParams := append(nameParams, pathParam)
        ...
        // Handler for standard REST verbs (GET, PUT, POST and DELETE).
        // Add actions at the resource path: /api/apiVersion/resource
        actions = appendIf(actions, action{"LIST", resourcePath, resourceParams, namer, false}, isLister)
        actions = appendIf(actions, action{"POST", resourcePath, resourceParams, namer, false}, isCreater)
        ...
    }
    ...
    // 3、从 rest.Storage 到 restful.Route 映射
    // 为每个操作添加对应的 handler
    for _, action := range actions {
        ...
        switch action.Verb {
        ...
        case "POST": // Create a resource.
            var handler restful.RouteFunction
            // 4、初始化 handler
            if isNamedCreater {
                handler = restfulCreateNamedResource(namedCreater, reqScope, admit)
            } else {
                handler = restfulCreateResource(creater, reqScope, admit)
            }
            handler = metrics.InstrumentRouteFunc(action.Verb, group, version, resource, subresource, requestScope, metrics.APIServerComponent, handler)
            ...
            // 5、route 与 handler 进行绑定    
            route := ws.POST(action.Path).To(handler).
                Doc(doc).
                Param(ws.QueryParameter("pretty", "If 'true', then the output is pretty printed.")).
                Operation("create"+namespaced+kind+strings.Title(subresource)+operationSuffix).
                Produces(append(storageMeta.ProducesMIMETypes(action.Verb), mediaTypes...)...).
                Returns(http.StatusOK, "OK", producedObject).
                // TODO: in some cases, the API may return a v1.Status instead of the versioned object
                // but currently go-restful can't handle multiple different objects being returned.
                Returns(http.StatusCreated, "Created", producedObject).
                Returns(http.StatusAccepted, "Accepted", producedObject).
                Reads(defaultVersionedObject).
                Writes(producedObject)
            if err := AddObjectParams(ws, route, versionedCreateOptions); err != nil {
                return nil, err
            }
            addParams(route, action.Params)
            // 6、添加到路由中    
            routes = append(routes, route)
        case "DELETE": // Delete a resource.
        ...
        default:
            return nil, fmt.Errorf("unrecognized action verb: %s", action.Verb)
        }
        for _, route := range routes {
            route.Metadata(ROUTE_META_GVK, metav1.GroupVersionKind{
                Group:   reqScope.Kind.Group,
                Version: reqScope.Kind.Version,
                Kind:    reqScope.Kind.Kind,
            })
            route.Metadata(ROUTE_META_ACTION, strings.ToLower(action.Verb))
            ws.Route(route)
        }
        // Note: update GetAuthorizerAttributes() when adding a custom handler.
    }
    ...
}

kubeAPIServer代码结构整理如下：

1. apiserver整体启动逻辑 k8s.io/kubernetes/cmd/kube-apiserver
2. apiserver bootstrap-controller创建&运行逻辑 k8s.io/kubernetes/pkg/master
3. API Resource对应后端RESTStorage(based on genericregistry.Store)创建k8s.io/kubernetes/pkg/registry
4. aggregated-apiserver创建&处理逻辑 k8s.io/kubernetes/staging/src/k8s.io/kube-aggregator
5. extensions-apiserver创建&处理逻辑 k8s.io/kubernetes/staging/src/k8s.io/apiextensions-apiserver
6. apiserver创建&运行 k8s.io/kubernetes/staging/src/k8s.io/apiserver/pkg/server
7. 注册API Resource资源处理handler(InstallREST&Install®isterResourceHandlers) k8s.io/kubernetes/staging/src/k8s.io/apiserver/pkg/endpoints
8. 创建存储后端(etcdv3) k8s.io/kubernetes/staging/src/k8s.io/apiserver/pkg/storage
9. genericregistry.Store.CompleteWithOptions初始化 k8s.io/kubernetes/staging/src/k8s.io/apiserver/pkg/registry

调用链整理如下：

Kubernetes APIServer的原理是什么

更多代码原理详情，参考 kubernetes-reading-notes 。

aggregatorServer

aggregatorServer主要用于处理扩展Kubernetes API Resources的第二种方式Aggregated APIServer(AA)，将CR请求代理给AA：

Kubernetes APIServer的原理是什么

这里结合Kubernetes官方给出的aggregated apiserver例子sample-apiserver，总结原理如下：

更多代码原理详情，参考 kubernetes-reading-notes 。

apiExtensionsServer

apiExtensionsServer主要负责CustomResourceDefinition（CRD）apiResources以及apiVersions的注册，同时处理CRD以及相应CustomResource（CR）的REST请求(如果对应CR不能被处理的话则会返回404)，也是apiserver Delegation的最后一环

原理总结如下：

Conclusion

本文从源码层面对Kubernetes apiserver进行了一个概览性总结，包括：aggregatorServer，kubeAPIServer，apiExtensionsServer以及bootstrap-controller等。

看完上述内容，你们对Kubernetes APIServer的原理是什么有进一步的了解吗？如果还想了解更多知识或者相关内容，请关注亿速云行业资讯频道，感谢大家的支持。

推荐阅读：
  1. Kubernetes Apiserver和Extension apiserver的介绍
  2. 如何部署Kubernetes？

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apiserver kubernetes

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