k8s 组件介绍-API Server

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

Center

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。

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.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。

kubernetes API访问方式

Kubernetes REST API可参考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

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

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。

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。

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

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. 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。

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。

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

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。

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。

API Server参数介绍

API Server 主要是和 etcd 打交道，并且对外提供 HTTP 服务，以及进行安全控制，因此它的命令行提供的参数也主要和这几个方面有关。下面是一些比较重要的参数以及说明（不同版本参数可能会有不同）：

参数	含义	默认值
–advertise-address	通过该 ip 地址向集群其他节点公布 api server 的信息，必须能够被其他节点访问	nil
–allow-privileged	是否允许 privileged 容器运行	false
–admission-control	准入控制	AlwaysAdmit
–authorization-mode	授权模式，安全接口上的授权	AlwaysAllow
–bind-address	HTTPS 安全接口的监听地址	0.0.0.0
–secure-port	HTTPS 安全接口的监听端口	6443
–cert-dir	TLS 证书的存放目录	/var/run/kubernetes
–etcd-prefix	信息存放在 etcd 中地址的前缀	“/registry”
–etcd-servers	逗号分割的 etcd server 地址	[]
–insecure-bind-address	HTTP 访问的地址	127.0.0.1
–insecure-port	HTTP 访问的端口	8080
–log-dir	日志存放的目录
–service-cluster-ip-range	service 要使用的网段，使用 CIDR 格式，参考 kubernetes 中 service 的定义

API Server安装和运行

API Server 是通过提供的 kube-apiserver 二进制文件直接运行的，下面的例子指定了 service 分配的 ip 范围，etcd 的地址，和对外提供服务的 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

直接访问 8080 端口，API Server 会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”
]
}

而目前最重要的路径是 /api/v1，里面包含了 kubernetes 所有资源的操作，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，会通过 apiVersion 来说明 API 版本号，kind 说明请求的是什么资源。不过这里面的内容是空的，因为目前还没有任何 kubelet 节点接入到我们的 API Server。对应的，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”

}

}

添加节点

添加节点也非常简单，启动　kubelet　的时候使用　--api-servers　指定要接入的　API Server 就行。kubelet 启动之后，会把自己注册到指定的 API Server，然后监听 API 对应 pod 的变化，根据 API 中 pod 的实际信息来管理节点上 pod 的生命周期。

现在访问 /api/v1/nodes 就能看到已经添加进来的节点：

➜ ~ 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”
}
}

我们可以看到，kubelet 收集了很多关于自身节点的信息，这些信息也会不断更新。这些信息里面不仅包含节点的系统信息（系统架构，操作系统版本，内核版本等）、还有镜像信息（节点上有哪些已经下载的 docker 镜像）、资源信息（Memory 和 Disk 的总量和可用量）、以及状态信息（是否正常，可以分配 pod等）。

和 API Server 通信

编写的 yaml 文件转换成 json 格式，保存到文件里。主要注意的是，我们指定了 nodeName 的名字，这个名字必须和之前通过 /api/v1/nodes 得到的结果中 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 执行 POST 请求，设置头部内容为 application/json，传过去文件中的 json 值，可以看到应答(其中 status 为 pending，表示以及接收到请求，正在准备处理)：

# 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”
}
}

返回中包含了我们提交 pod 的信息，并且添加了 status、metadata 等额外信息。

等一段时间去查询 pod，就可以看到 pod 的状态已经更新了：

➜ 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 已经在运行，并且给分配了 ip：172.17.0.2，通过 curl 也可以访问它的服务：