[Kubernetes] Kubernetes核心原理(一)之API Server

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:

  1. 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);
  2. 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);
  3. 是资源配额控制的入口;
  4. 拥有完备的集群安全机制.

kube-apiserver工作原理图

kube-apiserver

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

  1. 该端口用于接收HTTP请求;
  2. 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;
  3. 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;
  4. 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

  1. 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;
  2. 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;
  3. 该端口用于接收HTTPS请求;
  4. 用于基于Tocken文件或客户端证书及HTTP Base的认证;
  5. 用于基于策略的授权;
  6. 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

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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

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[root@node5 ~]# kubectl proxy --help
To proxy all of the kubernetes api and nothing else, use:
kubectl proxy --api-prefix=/
To proxy only part of the kubernetes api and also some static files:
kubectl proxy --www=/my/files --www-prefix=/static/ --api-prefix=/api/
The above lets you 'curl localhost:8001/api/v1/pods'.
To proxy the entire kubernetes api at a different root, use:
kubectl proxy --api-prefix=/custom/
The above lets you 'curl localhost:8001/custom/api/v1/pods'
Usage:
kubectl proxy [--port=PORT] [--www=static-dir] [--www-prefix=prefix] [--api-prefix=prefix] [flags]
Examples:
# Run a proxy to kubernetes apiserver on port 8011, serving static content from ./local/www/
$ kubectl proxy --port=8011 --www=./local/www/
# Run a proxy to kubernetes apiserver on an arbitrary local port.
# The chosen port for the server will be output to stdout.
$ kubectl proxy --port=0
# Run a proxy to kubernetes apiserver, changing the api prefix to k8s-api
# This makes e.g. the pods api available at localhost:8011/k8s-api/v1/pods/
$ kubectl proxy --api-prefix=/k8s-api
Flags:
--accept-hosts="^localhost$,^127//.0//.0//.1$,^//[::1//]$": Regular expression for hosts that the proxy should accept.
--accept-paths="^/.*": Regular expression for paths that the proxy should accept.
--api-prefix="/": Prefix to serve the proxied API under.
--disable-filter[=false]: If true, disable request filtering in the proxy. This is dangerous, and can leave you vulnerable to XSRF attacks, when used with an accessible port.
-p, --port=8001: The port on which to run the proxy. Set to 0 to pick a random port.
--reject-methods="POST,PUT,PATCH": Regular expression for HTTP methods that the proxy should reject.
--reject-paths="^/api/.*/exec,^/api/.*/run": Regular expression for paths that the proxy should reject.
-u, --unix-socket="": Unix socket on which to run the proxy.
-w, --www="": Also serve static files from the given directory under the specified prefix.
-P, --www-prefix="/static/": Prefix to serve static files under, if static file directory is specified.

Global Flags:
--alsologtostderr[=false]: log to standard error as well as files
--api-version="": The API version to use when talking to the server
--certificate-authority="": Path to a cert. file for the certificate authority.
--client-certificate="": Path to a client key file for TLS.
--client-key="": Path to a client key file for TLS.
--cluster="": The name of the kubeconfig cluster to use
--context="": The name of the kubeconfig context to use
--insecure-skip-tls-verify[=false]: If true, the server's certificate will not be checked for validity. This will make your HTTPS connections insecure.
--kubeconfig="": Path to the kubeconfig file to use for CLI requests.
--log-backtrace-at=:0: when logging hits line file:N, emit a stack trace
--log-dir="": If non-empty, write log files in this directory
--log-flush-frequency=5s: Maximum number of seconds between log flushes
--logtostderr[=true]: log to standard error instead of files
--match-server-version[=false]: Require server version to match client version
--namespace="": If present, the namespace scope for this CLI request.
--password="": Password for basic authentication to the API server.
-s, --server="": The address and port of the Kubernetes API server
--stderrthreshold=2: logs at or above this threshold go to stderr
--token="": Bearer token for authentication to the API server.
--user="": The name of the kubeconfig user to use
--username="": Username for basic authentication to the API server.
--v=0: log level for V logs
--vmodule=: comma-separated list of pattern=N settings for file-filtered logging

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k8s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。

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/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:

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/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

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/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

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/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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