01-K8s 开发相关概念

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kaliarch 发表于 2021/12/03 22:11:37 2021/12/03
【摘要】 一 运行环境 1.1 IDEIDE：golandgo版本：go1.16.8kubernetes：v1.21.1 1.2 K8s 相关仓库官方源码仓库： https://github.com/kubernetes/kubernetes.git 1.3 K8s 源码目录结构$ git clone https://github.com/kubernetes/kubernetes.git 1.4 ...

一 运行环境

1.1 IDE

  • IDE：goland
  • go版本：go1.16.8
  • kubernetes：v1.21.1

1.2 K8s 相关仓库

官方源码仓库： https://github.com/kubernetes/kubernetes.git

1.3 K8s 源码目录结构

$ git clone https://github.com/kubernetes/kubernetes.git

1.4 需要掌握的知识点

  • golang基础
  • k8s相关知识
  • cobra
  • client-go
  • controller相关组件及流程
  • operator开发框架kubebuilder
  • gin框架

二 kubernetes API 认识

Kubernetes 中最核心的就是 kube-apiserver 组件，其他组件都是和 kube-apiserver 进行通信的，本节主要就来研究下 Kubernetes API 接口的模型。

2.1 API 对象

在 Kubernetes 集群中，Kubernetes 对象是我们持久化的实体，就是最终存入 etcd 中的数据，集群中通过这些实体来表示整个集群的状态。平时我们都是直接编写 YAML 资源清单文件，然后通过 kubectl 来提交创建对应的资源对象，映射到集群内部。

这个就需要去了解下**声明式 API**的设计，为了可扩展性，Kubernetes 在不同的 API 路径（比如/api/v1 或者 /apis/batch）下面支持了多个 API 版本，不同的 API 版本意味着不同级别的稳定性和支持：

  • Alpha 级别，例如 v1alpha1 默认情况下是被禁用的，可以随时删除对功能的支持，所以要慎用
  • Beta 级别，例如 v2beta1 默认情况下是启用的，表示代码已经经过了很好的测试，但是对象的语义可能会在随后的版本中以不兼容的方式更改
  • 稳定级别，比如 v1 表示已经是稳定版本了，也会出现在后续的很多版本中。

2.2 API PATH

在 Kubernetes 集群中，一个 API 对象在 Etcd 里的完整资源路径，是由：Group（API 组）、Version（API 版本）和 Resource（API 资源类型）三个部分组成的。通过这样的结构，整个 Kubernetes 里的所有 API 对象，实际上就可以用如下的树形结构表示出来：

2.3 GVK

2.3.1 概念

GVK = GroupVersionKind，GVR = GroupVersionResource。

  • apiVersion：这个就是 GV 。
  • kind：这个就是 K。根据 GVK K8s 就能找到你到底要创建什么类型的资源，根据你定义的 Spec 创建好资源之后就成为了 Resource，也就是 GVR。GVK/GVR 就是 K8s 资源的坐标，是我们创建/删除/修改/读取资源的基础。

2.3.2 关系图

2.3.2.1 Group

Group即资源组，在kubernetes对资源进行分组时，对应的数据结构就是Group，源码路径：k8s.io/apimachinery/pkg/apis/meta/v1/types.go ，如下，可见Group有自己的名称和版本：

type APIGroup struct {
	TypeMeta `json:",inline"`
	Name string `json:"name" protobuf:"bytes,1,opt,name=name"`
	Versions []GroupVersionForDiscovery `json:"versions" protobuf:"bytes,2,rep,name=versions"`
	PreferredVersion GroupVersionForDiscovery `json:"preferredVersion,omitempty" protobuf:"bytes,3,opt,name=preferredVersion"`
	ServerAddressByClientCIDRs []ServerAddressByClientCIDR `json:"serverAddressByClientCIDRs,omitempty" protobuf:"bytes,4,rep,name=serverAddressByClientCIDRs"`
}

在kubernetes中有两种资源组：

  • 有组名资源组，例如deployment
  • 无组名资源组(也叫核心资源组Core Groups)，它们都很常见，例如单个pod

deployment有组名，pod没有组名，咱们把它俩的OpenAPI放在一起对比就一目了然了

2.3.2.2 Version

  • Version即版本，这个好理解，kubernetes的版本分为三种：
  1. Alpha：内部测试版本，如v1alpha1
  2. Beta：经历了官方和社区测试的相对稳定版，如v1beta1
  3. Stable：正式发布版，如v1、v2

如下图红框，资源组batch之下有v1和v2alpha1两个版本，每个版本下都有多个资源：

数据结构源码还是在types.go文件中

type APIVersions struct {
	TypeMeta `json:",inline"`
	Versions []string `json:"versions" protobuf:"bytes,1,rep,name=versions"`
	ServerAddressByClientCIDRs []ServerAddressByClientCIDR `json:"serverAddressByClientCIDRs" protobuf:"bytes,2,rep,name=serverAddressByClientCIDRs"`
}

2.3.2.3 Resource

  • Resource资源在kubernetes中的重要性是不言而喻的，常见的pod、service、deployment这些都是资源，下面是关于资源的一些小结：
  1. 在kubernetes环境被实例化的资源即资源对象(ResourceObject)；
  2. 资源被分为持久性（Persistent Entity）和非持久性（Ephemeral Entity），持久性如deployment，创建后会在etcd保存，非持久性如pod；
type APIResource struct {
	Name string `json:"name" protobuf:"bytes,1,opt,name=name"`
	SingularName string `json:"singularName" protobuf:"bytes,6,opt,name=singularName"`
	Namespaced bool `json:"namespaced" protobuf:"varint,2,opt,name=namespaced"`
	Group string `json:"group,omitempty" protobuf:"bytes,8,opt,name=group"`
	Version string `json:"version,omitempty" protobuf:"bytes,9,opt,name=version"`
	Kind string `json:"kind" protobuf:"bytes,3,opt,name=kind"`
	Verbs Verbs `json:"verbs" protobuf:"bytes,4,opt,name=verbs"`
	ShortNames []string `json:"shortNames,omitempty" protobuf:"bytes,5,rep,name=shortNames"`
	Categories []string `json:"categories,omitempty" protobuf:"bytes,7,rep,name=categories"`
	StorageVersionHash string `json:"storageVersionHash,omitempty" protobuf:"bytes,10,opt,name=storageVersionHash"`
}

kubernetes为资源准备了8种操作：create、delete、deletecollection、get、list、patch、update、watch，每一种资源都支持其中的一部分，这在每个资源的API文档中可以看到；
资源支持以命名空间（namespace）进行隔离；
资源对象描述文件在日常操作中频繁用到，一共由五部分组成：apiVersion、kind、metadata、spec、status，下图是官方的deployment描述文件，用于创建3个nginx pod，对着红框和文字就了解每个部分的作用了：

  • 上图并没有status，该部分是用来反应当前资源对象状态的，体现在资源的数据结构中，如下所示：
type Deployment struct {
	metav1.TypeMeta `json:",inline"`
	metav1.ObjectMeta `json:"metadata,omitempty" protobuf:"bytes,1,opt,name=metadata"`
	Spec DeploymentSpec `json:"spec,omitempty" protobuf:"bytes,2,opt,name=spec"`
	Status DeploymentStatus `json:"status,omitempty" protobuf:"bytes,3,opt,name=status"`
}

2.4 APIResources数据结构

  • APIResource是个常用的数据结构了，可以用来描述资源，例如resource_quota_controller_test.go中有对其的使用：
func TestDiscoverySync(t *testing.T) {
	serverResources := []*metav1.APIResourceList{
		{
			GroupVersion: "v1",
			APIResources: []metav1.APIResource{
				{Name: "pods", Namespaced: true, Kind: "Pod", Verbs: metav1.Verbs{"create", "delete", "list", "watch"}},
			},
		},
	}
	unsyncableServerResources := []*metav1.APIResourceList{
		{
			GroupVersion: "v1",
			APIResources: []metav1.APIResource{
				{Name: "pods", Namespaced: true, Kind: "Pod", Verbs: metav1.Verbs{"create", "delete", "list", "watch"}},
				{Name: "secrets", Namespaced: true, Kind: "Secret", Verbs: metav1.Verbs{"create", "delete", "list", "watch"}},
			},
		},
	}

2.5 实际操作

  • 聊了这么久理论，接下来咱们在kubernetes环境执行一些和资源有关的操作；
  • 查看所有资源kubectl api-resources -o wide，可见当前环境的所有资源，及其相关属性：
[root@kubebuilder 07]# kubectl api-resources -o wide
NAME                              SHORTNAMES   APIVERSION                             NAMESPACED   KIND                             VERBS
bindings                                       v1                                     true         Binding                          [create]
componentstatuses                 cs           v1                                     false        ComponentStatus                  [get list]
configmaps                        cm           v1                                     true         ConfigMap                        [create delete deletecollection get list patch update watch]
endpoints                         ep           v1                                     true         Endpoints                        [create delete deletecollection get list patch update watch]
events                            ev           v1                                     true         Event                            [create delete deletecollection get list patch update watch]
limitranges                       limits       v1                                     true         LimitRange                       [create delete deletecollection get list patch update watch]
namespaces                        ns           v1                                     false        Namespace                        [create delete get list patch update watch]
...
  • 只看apps这个group下面的资源kubectl api-resources --api-group apps -o wide：
[root@kubebuilder 07]# kubectl api-resources --api-group apps -o wide
NAME                  SHORTNAMES   APIVERSION   NAMESPACED   KIND                 VERBS
controllerrevisions                apps/v1      true         ControllerRevision   [create delete deletecollection get list patch update watch]
daemonsets            ds           apps/v1      true         DaemonSet            [create delete deletecollection get list patch update watch]
deployments           deploy       apps/v1      true         Deployment           [create delete deletecollection get list patch update watch]
replicasets           rs           apps/v1      true         ReplicaSet           [create delete deletecollection get list patch update watch]
statefulsets          sts          apps/v1      true         StatefulSet          [create delete deletecollection get list patch update watch]
  • 查看指定资源的详情kubectl explain configmap：
[root@kubebuilder 07]# kubectl explain configmap
KIND:     ConfigMap
VERSION:  v1

DESCRIPTION:
     ConfigMap holds configuration data for pods to consume.

FIELDS:
   apiVersion	<string>
     APIVersion defines the versioned schema of this representation of an
     object. Servers should convert recognized schemas to the latest internal
     value, and may reject unrecognized values. More info:
     https://git.k8s.io/community/contributors/devel/sig-architecture/api-conventions.md#resources

   binaryData	<map[string]string>
   ...
  • 查看所有Group和Version的命令kubectl api-versions
[root@kubebuilder 07]# kubectl api-versions
admissionregistration.k8s.io/v1
admissionregistration.k8s.io/v1beta1
apiextensions.k8s.io/v1
apiextensions.k8s.io/v1beta1
apiregistration.k8s.io/v1
apiregistration.k8s.io/v1beta1
apps/v1
authentication.k8s.io/v1
authentication.k8s.io/v1beta1
authorization.k8s.io/v1
authorization.k8s.io/v1beta1
autoscaling/v1
autoscaling/v2beta1
autoscaling/v2beta2
batch/v1
batch/v1beta1
certificates.k8s.io/v1
certificates.k8s.io/v1beta1
coordination.k8s.io/v1
coordination.k8s.io/v1beta1
discovery.k8s.io/v1beta1
events.k8s.io/v1
events.k8s.io/v1beta1
extensions/v1beta1
flowcontrol.apiserver.k8s.io/v1beta1
networking.k8s.io/v1
networking.k8s.io/v1beta1
node.k8s.io/v1
node.k8s.io/v1beta1
policy/v1beta1
rbac.authorization.k8s.io/v1
rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
scheduling.k8s.io/v1
scheduling.k8s.io/v1beta1
storage.k8s.io/v1
storage.k8s.io/v1beta1
v1
webapp.com.bolingcavalry/v1
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