Kubernetes核心原理(一)之API Server

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1.API Server简介

k8s API Server提供了k8s各类资源对象(pod,RC,Service等)的增删改查及watch等HTTP Rest接口,是整个系统的数据总线和数据中心。


kubernetes API Server的功能:

提供了集群管理的REST API接口(包括认证授权、数据校验以及集群状态变更);
提供其他模块之间的数据交互和通信的枢纽(其他模块通过API Server查询或修改数据,只有API Server才直接操作etcd);
是资源配额控制的入口;
拥有完备的集群安全机制.

kube-apiserver工作原理图



2.如何访问kubernetes API


k8s通过kube-apiserver这个进程提供服务,该进程运行在单个k8s-master节点上。默认有两个端口。


2.1.本地端口该端口用于接收HTTP请求;
该端口默认值为8080,可以通过API Server的启动参数“--insecure-port”的值来修改默认值;
默认的IP地址为“localhost”,可以通过启动参数“--insecure-bind-address”的值来修改该IP地址;
非认证或授权的HTTP请求通过该端口访问API Server。 2.2.安全端口该端口默认值为6443,可通过启动参数“--secure-port”的值来修改默认值;
默认IP地址为非本地(Non-Localhost)网络端口,通过启动参数“--bind-address”设置该值;
该端口用于接收HTTPS请求;
用于基于Tocken文件或客户端证书及HTTP Base的认证;
用于基于策略的授权;
默认不启动HTTPS安全访问控制。 2.3.访问方式

Kubernetes REST API可参考https://kubernetes.io/docs/api-reference/v1.6/


2.3.1.curl
curl localhost:8080/api
curl localhost:8080/api/v1/pods
curl localhost:8080/api/v1/services
curl localhost:8080/api/v1/replicationcontrollers
2.3.2.Kubectl Proxy

Kubectl Proxy代理程序既能作为API Server的反向代理,也能作为普通客户端访问API Server的代理。通过master节点的8080端口来启动该代理程序。


kubectl proxy --port=8080 &


具体见kubectl proxy --help


2.3.3.kubectl客户端

命令行工具kubectl客户端,通过命令行参数转换为对API Server的REST API调用,并将调用结果输出。


命令格式:kubectl [command] [options]


具体可参考Kubernetes常用命令


2.3.4.编程方式调用

使用场景:


1、运行在Pod里的用户进程调用kubernetes API,通常用来实现分布式集群搭建的目标。


2、开发基于kubernetes的管理平台,比如调用kubernetes API来完成Pod、Service、RC等资源对象的图形化创建和管理界面。可以使用kubernetes提供的Client Library。


具体可参考https://github.com/kubernetes/client-go。


3.通过API Server访问Node、Pod和Service

k8s API Server最主要的REST接口是资源对象的增删改查,另外还有一类特殊的REST接口—k8s Proxy API接口,这类接口的作用是代理REST请求,即kubernetes API Server把收到的REST请求转发到某个Node上的kubelet守护进程的REST端口上,由该kubelet进程负责响应。


3.1.Node相关接口

关于Node相关的接口的REST路径为:/api/v1/proxy/nodes/{name},其中{name}为节点的名称或IP地址。


/api/v1/proxy/nodes/{name}/pods/#列出指定节点内所有Pod的信息
/api/v1/proxy/nodes/{name}/stats/ #列出指定节点内物理资源的统计信息
/api/v1/prxoy/nodes/{name}/spec/#列出指定节点的概要信息

这里获取的Pod信息来自Node而非etcd数据库,两者时间点可能存在偏差。如果在kubelet进程启动时加--enable-debugging-handles=true参数,那么kubernetes Proxy API还会增加以下接口:


/api/v1/proxy/nodes/{name}/run#在节点上运行某个容器
/api/v1/proxy/nodes/{name}/exec #在节点上的某个容器中运行某条命令
/api/v1/proxy/nodes/{name}/attach #在节点上attach某个容器
/api/v1/proxy/nodes/{name}/portForward #实现节点上的Pod端口转发
/api/v1/proxy/nodes/{name}/logs #列出节点的各类日志信息
/api/v1/proxy/nodes/{name}/metrics#列出和该节点相关的Metrics信息
/api/v1/proxy/nodes/{name}/runningpods#列出节点内运行中的Pod信息
/api/v1/proxy/nodes/{name}/debug/pprof#列出节点内当前web服务的状态,包括CPU和内存的使用情况
3.2.Pod相关接口
/api/v1/proxy/namespaces/{namespace}/pods/{name}/{path:*}#访问pod的某个服务接口
/api/v1/proxy/namespaces/{namespace}/pods/{name} #访问Pod
#以下写法不同,功能一样
/api/v1/namespaces/{namespace}/pods/{name}/proxy/{path:*}#访问pod的某个服务接口
/api/v1/namespaces/{namespace}/pods/{name}/proxy #访问Pod
3.3.Service相关接口
/api/v1/proxy/namespaces/{namespace}/services/{name}

Pod的proxy接口的作用:在kubernetes集群之外访问某个pod容器的服务(HTTP服务),可以用Proxy API实现,这种场景多用于管理目的,比如逐一排查Service的Pod副本,检查哪些Pod的服务存在异常问题。


4.集群功能模块之间的通信

kubernetes API Server作为集群的核心,负责集群各功能模块之间的通信,集群内各个功能模块通过API Server将信息存入etcd,当需要获取和操作这些数据时,通过API Server提供的REST接口(GET/LIST/WATCH方法)来实现,从而实现各模块之间的信息交互。


4.1.kubelet与API Server交互

每个Node节点上的kubelet定期就会调用API Server的REST接口报告自身状态,API Server接收这些信息后,将节点状态信息更新到etcd中。kubelet也通过API Server的Watch接口监听Pod信息,从而对Node机器上的POD进行管理。



监听信息


kubelet动作


备注


新的POD副本被调度绑定到本节点
执行POD对应的容器的创建和启动逻辑

POD对象被删除
删除本节点上相应的POD容器

修改POD信息
修改本节点的POD容器
4.2.kube-controller-manager与API Server交互

kube-controller-manager中的Node Controller模块通过API Server提供的Watch接口,实时监控Node的信息,并做相应处理。


4.3.kube-scheduler与API Server交互

Scheduler通过API Server的Watch接口监听到新建Pod副本的信息后,它会检索所有符合该Pod要求的Node列表,开始执行Pod调度逻辑。调度成功后将Pod绑定到目标节点上。


4.4.特别说明

为了缓解各模块对API Server的访问压力,各功能模块都采用缓存机制来缓存数据,各功能模块定时从API Server获取指定的资源对象信息(LIST/WATCH方法),然后将信息保存到本地缓存,功能模块在某些情况下不直接访问API Server,而是通过访问缓存数据来间接访问API Server。

参考《kubernetes权威指南》

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