k8s 組件介紹-API Server API Server簡介

本文轉載自查看原文 2020-08-12 23:08 6430 k8s

API Server簡介

k8s API Server提供了k8s各類資源對象（pod,RC,Service等）的增刪改查及watch等HTTP Rest接口，是整個系統的數據總線和數據中心。

kubernetes API Server的功能：

提供了集群管理的REST API接口(包括認證授權、數據校驗以及集群狀態變更)；
提供其他模塊之間的數據交互和通信的樞紐（其他模塊通過API Server查詢或修改數據，只有API Server才直接操作etcd）;
是資源配額控制的入口；
擁有完備的集群安全機制.

kube-apiserver工作原理圖

如何訪問kubernetes API

k8s通過kube-apiserver這個進程提供服務，該進程運行在單個k8s-master節點上。默認有兩個端口。

1. 本地端口

該端口用於接收HTTP請求；
該端口默認值為8080，可以通過API Server的啟動參數“--insecure-port”的值來修改默認值；
默認的IP地址為“localhost”，可以通過啟動參數“--insecure-bind-address”的值來修改該IP地址；
非認證或授權的HTTP請求通過該端口訪問API Server。

2.安全端口

該端口默認值為6443，可通過啟動參數“--secure-port”的值來修改默認值；
默認IP地址為非本地（Non-Localhost）網絡端口，通過啟動參數“--bind-address”設置該值；
該端口用於接收HTTPS請求；
用於基於Tocken文件或客戶端證書及HTTP Base的認證；
用於基於策略的授權；
默認不啟動HTTPS安全訪問控制。

kubernetes API訪問方式

Kubernetes REST API可參考https://kubernetes.io/docs/api-reference/v1.6/

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. Kubectl Proxy

Kubectl Proxy代理程序既能作為API Server的反向代理，也能作為普通客戶端訪問API Server的代理。通過master節點的8080端口來啟動該代理程序。

kubectl proxy --port=8080 &

具體見kubectl proxy --help

3. kubectl客戶端

命令行工具kubectl客戶端，通過命令行參數轉換為對API Server的REST API調用，並將調用結果輸出。

命令格式：kubectl [command] [options]

具體可參考Kubernetes常用命令

4. 編程方式調用

使用場景：

1、運行在Pod里的用戶進程調用kubernetes API,通常用來實現分布式集群搭建的目標。

2、開發基於kubernetes的管理平台，比如調用kubernetes API來完成Pod、Service、RC等資源對象的圖形化創建和管理界面。可以使用kubernetes提供的Client Library。

具體可參考https://github.com/kubernetes/client-go。

通過API Server訪問Node、Pod和Service

k8s API Server最主要的REST接口是資源對象的增刪改查，另外還有一類特殊的REST接口—k8s Proxy API接口，這類接口的作用是代理REST請求，即kubernetes API Server把收到的REST請求轉發到某個Node上的kubelet守護進程的REST端口上，由該kubelet進程負責響應。

1. Node相關接口

關於Node相關的接口的REST路徑為：/api/v1/proxy/nodes/{name}，其中{name}為節點的名稱或IP地址。

/api/v1/proxy/nodes/{name}/pods/ #列出指定節點內所有Pod的信息

/api/v1/proxy/nodes/{name}/stats/ #列出指定節點內物理資源的統計信息

/api/v1/prxoy/nodes/{name}/spec/ #列出指定節點的概要信息

這里獲取的Pod信息來自Node而非etcd數據庫，兩者時間點可能存在偏差。如果在kubelet進程啟動時加--enable-debugging-handles=true參數，那么kubernetes Proxy API還會增加以下接口：

/api/v1/proxy/nodes/{name}/run #在節點上運行某個容器

/api/v1/proxy/nodes/{name}/exec #在節點上的某個容器中運行某條命令

/api/v1/proxy/nodes/{name}/attach #在節點上attach某個容器

/api/v1/proxy/nodes/{name}/portForward #實現節點上的Pod端口轉發

/api/v1/proxy/nodes/{name}/logs #列出節點的各類日志信息

/api/v1/proxy/nodes/{name}/metrics #列出和該節點相關的Metrics信息

/api/v1/proxy/nodes/{name}/runningpods #列出節點內運行中的Pod信息

/api/v1/proxy/nodes/{name}/debug/pprof #列出節點內當前web服務的狀態，包括CPU和內存的使用情況

2. Pod相關接口

/api/v1/proxy/namespaces/{namespace}/pods/{name}/{path:*} #訪問pod的某個服務接口

/api/v1/proxy/namespaces/{namespace}/pods/{name} #訪問Pod

#以下寫法不同，功能一樣

/api/v1/namespaces/{namespace}/pods/{name}/proxy/{path:*} #訪問pod的某個服務接口

/api/v1/namespaces/{namespace}/pods/{name}/proxy #訪問Pod

3. Service相關接口

/api/v1/proxy/namespaces/{namespace}/services/{name}

Pod的proxy接口的作用：在kubernetes集群之外訪問某個pod容器的服務（HTTP服務），可以用Proxy API實現，這種場景多用於管理目的，比如逐一排查Service的Pod副本，檢查哪些Pod的服務存在異常問題。

集群功能模塊之間的通信

kubernetes API Server作為集群的核心，負責集群各功能模塊之間的通信，集群內各個功能模塊通過API Server將信息存入etcd，當需要獲取和操作這些數據時，通過API Server提供的REST接口（GET\LIST\WATCH方法）來實現，從而實現各模塊之間的信息交互。

1. kubelet與API Server交互

每個Node節點上的kubelet定期就會調用API Server的REST接口報告自身狀態，API Server接收這些信息后，將節點狀態信息更新到etcd中。kubelet也通過API Server的Watch接口監聽Pod信息，從而對Node機器上的POD進行管理。

監聽信息	kubelet動作	備注
新的POD副本被調度綁定到本節點	執行POD對應的容器的創建和啟動邏輯
POD對象被刪除	刪除本節點上相應的POD容器
修改POD信息	修改本節點的POD容器

2. kube-controller-manager與API Server交互

kube-controller-manager中的Node Controller模塊通過API Server提供的Watch接口，實時監控Node的信息，並做相應處理。

3. kube-scheduler與API Server交互

Scheduler通過API Server的Watch接口監聽到新建Pod副本的信息后，它會檢索所有符合該Pod要求的Node列表，開始執行Pod調度邏輯。調度成功后將Pod綁定到目標節點上。

API Server參數介紹

API Server 主要是和 etcd 打交道，並且對外提供 HTTP 服務，以及進行安全控制，因此它的命令行提供的參數也主要和這幾個方面有關。下面是一些比較重要的參數以及說明（不同版本參數可能會有不同）：

參數	含義	默認值
–advertise-address	通過該 ip 地址向集群其他節點公布 api server 的信息，必須能夠被其他節點訪問	nil
–allow-privileged	是否允許 privileged 容器運行	false
–admission-control	准入控制	AlwaysAdmit
–authorization-mode	授權模式，安全接口上的授權	AlwaysAllow
–bind-address	HTTPS 安全接口的監聽地址	0.0.0.0
–secure-port	HTTPS 安全接口的監聽端口	6443
–cert-dir	TLS 證書的存放目錄	/var/run/kubernetes
–etcd-prefix	信息存放在 etcd 中地址的前綴	“/registry”
–etcd-servers	逗號分割的 etcd server 地址	[]
–insecure-bind-address	HTTP 訪問的地址	127.0.0.1
–insecure-port	HTTP 訪問的端口	8080
–log-dir	日志存放的目錄
–service-cluster-ip-range	service 要使用的網段，使用 CIDR 格式，參考 kubernetes 中 service 的定義

API Server安裝和運行

API Server 是通過提供的 kube-apiserver 二進制文件直接運行的，下面的例子指定了 service 分配的 ip 范圍，etcd 的地址，和對外提供服務的 ip 地址：

/usr/bin/kube-apiserver \
--service-cluster-ip-range=10.20.0.1/24 \
--etcd-servers=http://127.0.0.1:2379 \
--advertise-address=192.168.8.100 \
--bind-address=192.168.8.100 \
--insecure-bind-address=192.168.8.100 \
--v=4

直接訪問 8080 端口，API Server 會返回它提供了哪些接口：

[root@localhost vagrant]# curl http://192.168.8.100:8080
{
"paths": [
"/api",
"/api/v1",
"/apis",
"/apis/apps",
"/apis/apps/v1alpha1",
"/apis/autoscaling",
"/apis/autoscaling/v1",
"/apis/batch",
"/apis/batch/v1",
"/apis/batch/v2alpha1",
"/apis/extensions",
"/apis/extensions/v1beta1",
"/apis/policy",
"/apis/policy/v1alpha1",
"/apis/rbac.authorization.k8s.io",
"/apis/rbac.authorization.k8s.io/v1alpha1",
"/healthz",
"/healthz/ping",
"/logs/",
"/metrics",
"/swaggerapi/",
"/ui/",
"/version"
]
}

而目前最重要的路徑是 /api/v1，里面包含了 kubernetes 所有資源的操作，比如下面的 nodes：

➜ ~ http http://192.168.8.100:8080/api/v1/nodes
HTTP/1.1 200 OK
Content-Length: 112
Content-Type: application/json
Date: Thu, 08 Sep 2016 08:14:45 GMT
{
"apiVersion": "v1",
"items": [],
"kind": "NodeList",
"metadata": {
"resourceVersion": "12",
"selfLink": "/api/v1/nodes"
}
}

API 以 json 的形式返回，會通過 apiVersion 來說明 API 版本號，kind 說明請求的是什么資源。不過這里面的內容是空的，因為目前還沒有任何 kubelet 節點接入到我們的 API Server。對應的，pod 也是空的：

➜ ~ http http://192.168.8.100:8080/api/v1/pods
HTTP/1.1 200 OK
Content-Length: 110
Content-Type: application/json
Date: Thu, 08 Sep 2016 08:18:53 GMT
{
"apiVersion": "v1",
"items": [],
"kind": "PodList",
"metadata": {
"resourceVersion": "12",
"selfLink": "/api/v1/pods"
}
}

添加節點

添加節點也非常簡單，啟動　kubelet　的時候使用　--api-servers　指定要接入的　API Server 就行。kubelet 啟動之后，會把自己注冊到指定的 API Server，然后監聽 API 對應 pod 的變化，根據 API 中 pod 的實際信息來管理節點上 pod 的生命周期。

現在訪問 /api/v1/nodes 就能看到已經添加進來的節點：

➜ ~ http http://192.168.8.100:8080/api/v1/nodes
HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: application/json
Date: Thu, 08 Sep 2016 08:27:44 GMT
Transfer-Encoding: chunked
{
"apiVersion": "v1",
"items": [
{
"metadata": {
"annotations": {
"volumes.kubernetes.io/controller-managed-attach-detach": "true"
},
"creationTimestamp": "2016-09-08T08:23:01Z",
"labels": {
"beta.kubernetes.io/arch": "amd64",
"beta.kubernetes.io/os": "linux",
"kubernetes.io/hostname": "192.168.8.100"
},
"name": "192.168.8.100",
"resourceVersion": "65",
"selfLink": "/api/v1/nodes/192.168.8.100",
"uid": "74e16eba-759d-11e6-b463-080027c09e5b"
},
"spec": {
"externalID": "192.168.8.100"
},
"status": {
"addresses": [
{
"address": "192.168.8.100",
"type": "LegacyHostIP"
},
{
"address": "192.168.8.100",
"type": "InternalIP"
}
],
"allocatable": {
"alpha.kubernetes.io/nvidia-gpu": "0",
"cpu": "1",
"memory": "502164Ki",
"pods": "110"
},
"capacity": {
"alpha.kubernetes.io/nvidia-gpu": "0",
"cpu": "1",
"memory": "502164Ki",
"pods": "110"
},
"conditions": [
{
"lastHeartbeatTime": "2016-09-08T08:27:36Z",
"lastTransitionTime": "2016-09-08T08:23:01Z",
"message": "kubelet has sufficient disk space available",
"reason": "KubeletHasSufficientDisk",
"status": "False",
"type": "OutOfDisk"
},
{
"lastHeartbeatTime": "2016-09-08T08:27:36Z",
"lastTransitionTime": "2016-09-08T08:23:01Z",
"message": "kubelet has sufficient memory available",
"reason": "KubeletHasSufficientMemory",
"status": "False",
"type": "MemoryPressure"
},
{
"lastHeartbeatTime": "2016-09-08T08:27:36Z",
"lastTransitionTime": "2016-09-08T08:24:56Z",
"message": "kubelet is posting ready status",
"reason": "KubeletReady",
"status": "True",
"type": "Ready"
}
],
"daemonEndpoints": {
"kubeletEndpoint": {
"Port": 10250
}
},
"images": [
{
"names": [
"172.16.1.41:5000/nginx:latest"
],
"sizeBytes": 425626718
},
{
"names": [
"172.16.1.41:5000/hyperkube:v0.18.2"
],
"sizeBytes": 207121551
},
{
"names": [
"172.16.1.41:5000/etcd:v3.0.4"
],
"sizeBytes": 43302056
},
{
"names": [
"172.16.1.41:5000/busybox:latest"
],
"sizeBytes": 1092588
},
{
"names": [
"172.16.1.41:5000/google_containers/pause:0.8.0"
],
"sizeBytes": 241656
}
],
"nodeInfo": {
"architecture": "amd64",
"bootID": "48955926-11dd-4ad3-8bb0-2585b1c9215d",
"containerRuntimeVersion": "docker://1.10.3",
"kernelVersion": "3.10.0-123.13.1.el7.x86_64",
"kubeProxyVersion": "v1.3.1-beta.0.6+fbf3f3e5292fb0",
"kubeletVersion": "v1.3.1-beta.0.6+fbf3f3e5292fb0",
"machineID": "b9597c4ae5f24494833d35e806e00b29",
"operatingSystem": "linux",
"osImage": "CentOS Linux 7 (Core)",
"systemUUID": "823EB67A-057E-4EFF-AE7F-A758140CD2F7"
}
}
}
],
"kind": "NodeList",
"metadata": {
"resourceVersion": "65",
"selfLink": "/api/v1/nodes"
}
}

我們可以看到，kubelet 收集了很多關於自身節點的信息，這些信息也會不斷更新。這些信息里面不僅包含節點的系統信息（系統架構，操作系統版本，內核版本等）、還有鏡像信息（節點上有哪些已經下載的 docker 鏡像）、資源信息（Memory 和 Disk 的總量和可用量）、以及狀態信息（是否正常，可以分配 pod等）。

和 API Server 通信

編寫的 yaml 文件轉換成 json 格式，保存到文件里。主要注意的是，我們指定了 nodeName 的名字，這個名字必須和之前通過 /api/v1/nodes 得到的結果中 metadata.labels.kubernetes.io/hostname 保持一致：

[root@localhost vagrant]# cat nginx_pod.yml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: nginx-server
spec:
NodeName: 192.168.8.100
containers:
- name: nginx-server
image: 172.16.1.41:5000/nginx
ports:
- containerPort: 80
volumeMounts:
- mountPath: /var/log/nginx
name: nginx-logs
- name: log-output
image: 172.16.1.41:5000/busybox
command:
- bin/sh
args: [-c, 'tail -f /logdir/access.log']
volumeMounts:
- mountPath: /logdir
name: nginx-logs
volumes:
- name: nginx-logs
emptyDir: {}

使用 curl 執行 POST 請求，設置頭部內容為 application/json，傳過去文件中的 json 值，可以看到應答(其中 status 為 pending，表示以及接收到請求，正在准備處理)：

# curl -s -X POST -H "Content-Type: application/json" http://192.168.8.100:8080/api/v1/namespaces/default/pods --data @nginx_pod.json
{
"kind": "Pod",
"apiVersion": "v1",
"metadata": {
"name": "nginx-server",
"namespace": "default",
"selfLink": "/api/v1/namespaces/default/pods/nginx-server",
"uid": "888e95d0-75a9-11e6-b463-080027c09e5b",
"resourceVersion": "573",
"creationTimestamp": "2016-09-08T09:49:28Z"
},
"spec": {
"volumes": [
{
"name": "nginx-logs",
"emptyDir": {}
}
],
"containers": [
{
"name": "nginx-server",
"image": "172.16.1.41:5000/nginx",
"ports": [
{
"containerPort": 80,
"protocol": "TCP"
}
],
"resources": {},
"volumeMounts": [
{
"name": "nginx-logs",
"mountPath": "/var/log/nginx"
}
],
"terminationMessagePath": "/dev/termination-log",
"imagePullPolicy": "Always"
}
],
"restartPolicy": "Always",
"terminationGracePeriodSeconds": 30,
"dnsPolicy": "ClusterFirst",
"nodeName": "192.168.8.100",
"securityContext": {}
},
"status": {
"phase": "Pending"
}
}

返回中包含了我們提交 pod 的信息，並且添加了 status、metadata 等額外信息。

等一段時間去查詢 pod，就可以看到 pod 的狀態已經更新了：

➜ http http://192.168.8.100:8080/api/v1/namespaces/default/pods
HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: application/json
Date: Thu, 08 Sep 2016 09:51:29 GMT
Transfer-Encoding: chunked
{
"apiVersion": "v1",
"items": [
{
"metadata": {
"creationTimestamp": "2016-09-08T09:49:28Z",
"name": "nginx-server",
"namespace": "default",
"resourceVersion": "592",
"selfLink": "/api/v1/namespaces/default/pods/nginx-server",
"uid": "888e95d0-75a9-11e6-b463-080027c09e5b"
},
"spec": {
"containers": [
{
"image": "172.16.1.41:5000/nginx",
"imagePullPolicy": "Always",
"name": "nginx-server",
"ports": [
{
"containerPort": 80,
"protocol": "TCP"
}
],
"resources": {},
"terminationMessagePath": "/dev/termination-log",
"volumeMounts": [
{
"mountPath": "/var/log/nginx",
"name": "nginx-logs"
}
]
},
{
"args": [
"-c",
"tail -f /logdir/access.log"
],
"command": [
"bin/sh"
],
"image": "172.16.1.41:5000/busybox",
"imagePullPolicy": "Always",
"name": "log-output",
"resources": {},
"terminationMessagePath": "/dev/termination-log",
"volumeMounts": [
{
"mountPath": "/logdir",
"name": "nginx-logs"
}
]
}
],
"dnsPolicy": "ClusterFirst",
"nodeName": "192.168.8.100",
"restartPolicy": "Always",
"securityContext": {},
"terminationGracePeriodSeconds": 30,
"volumes": [
{
"emptyDir": {},
"name": "nginx-logs"
}
]
},
"status": {
"conditions": [
{
"lastProbeTime": null,
"lastTransitionTime": "2016-09-08T09:49:28Z",
"status": "True",
"type": "Initialized"
},
{
"lastProbeTime": null,
"lastTransitionTime": "2016-09-08T09:49:44Z",
"status": "True",
"type": "Ready"
},
{
"lastProbeTime": null,
"lastTransitionTime": "2016-09-08T09:49:44Z",
"status": "True",
"type": "PodScheduled"
}
],
"containerStatuses": [
{
"containerID": "docker://8b79eeea60f27b6d3f0a19cbd1b3ee3f83709bcf56574a6e1124c69a6376972d",
"image": "172.16.1.41:5000/busybox",
"imageID": "docker://sha256:8c566faa3abdaebc33d40c1b5e566374c975d17754c69370f78c00c162c1e075",
"lastState": {},
"name": "log-output",
"ready": true,
"restartCount": 0,
"state": {
"running": {
"startedAt": "2016-09-08T09:49:43Z"
}
}
},
{
"containerID": "docker://96e64cdba7b05d4e30710a20e958ff5b8f1f359c8d16d32622b36f0df0cb353c",
"image": "172.16.1.41:5000/nginx",
"imageID": "docker://sha256:51d764c1fd358ce81fd0e728436bd0175ff1f3fd85fc5d1a2f9ba3e7dc6bbaf6",
"lastState": {},
"name": "nginx-server",
"ready": true,
"restartCount": 0,
"state": {
"running": {
"startedAt": "2016-09-08T09:49:36Z"
}
}
}
],
"hostIP": "192.168.8.100",
"phase": "Running",
"podIP": "172.17.0.2",
"startTime": "2016-09-08T09:49:28Z"
}
}
],
"kind": "PodList",
"metadata": {
"resourceVersion": "602",
"selfLink": "/api/v1/namespaces/default/pods"
}
}

可以看到 pod 已經在運行，並且給分配了 ip：172.17.0.2，通過 curl 也可以訪問它的服務：

[root@localhost vagrant]# curl -s http://172.17.0.2 | head -n 5
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Welcome to nginx on Debian!</title>
<style>

kubectl -s http://ip:8080 get pods

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