kubernetes源码剖析

一、kubernetes源码简介

kubernetes是一个开源的容器编排系统，为容器化应用提供自动化部署、扩展和管理的平台。其具有高度的可移植性，支持多种容器运行时系统，如docker和CRI-O。kubernetes是基于容器技术的，它将多个容器组合到一起构成一个应用程序，并根据容器化方式运行和扩展。在kubernetes中，所有的操作都是通过API Server实现的，而其它组件如kubelet、kube-proxy、etcd等也都是通过API Server协作工作的。

二、kubernetes源码的模块结构

kubernetes源码的具有以下模块结构：

pkg/
├── api
│   └── ...
├── apierrors
│   └── ...
├── apiserver
│   └── ...
├── apimachinery
│   └── ...
├── client
│   └── ...
├── cloudprovider
│   └── ...
├── controller
│   └── ...
├── kubelet
│   └── ...
├── kubectl
│   └── ...
├── proxy
│   └── ...
├── scheduler
│   └── ...

其中，pkg目录包含了kubernetes的所有代码模块，每个模块下可能会有多个子目录，如api、apierrors、apiserver、apimachinery、client等，代表了kubernetes源码中的各个部分，例如 kubelet部分负责机器上的Pod管理。

三、源码解析——API Server

API Server是kubernetes的核心组件之一，所有的kubernetes组件都是通过API Server进行通信和协作的。API Server主要有以下3个核心组件：

RESTful API Server：提供RESTful API，用于管理kubernetes对象。
etcd：提供数据存储。
认证和授权组件：提供认证和授权功能，保证kubernetes的安全性。

1、RESTful API Server

RESTful API是一种使用HTTP协议的web服务。kubernetes采用RESTful协议作为对象的API格式。其API以JSON格式交换对象的配置和状态。API Server通过自定义的API对象，维护了kubernetes的所有状态信息。

下面给出获取Node状态的HTTP URL示例：

GET /api/v1/nodes/ HTTP/1.1

Host: kubernetes.default.svc
Accept: application/json
Authorization: Bearer

2、etcd

etcd是一种分布式的键值存储系统，用于存储kubernetes的所有状态数据。kubernetes使用etcd来存储集群中的所有数据，包括了Pod、Node、Service、关系等等。

下面给出一个在etcd中查找Pod状态的主键示例：

/pods/default/nginx-1-db234#23de3

3、认证和授权组件

kubernetes支持多种认证和授权方法，如x509认证，token认证和HTTP basic认证。其中，最常用的是token认证。

下面是一个使用token认证的访问API Server的示例：

GET /api/v1/nodes/ HTTP/1.1

Host: kubernetes.default.svc
Accept: application/json
Authorization: Bearer

四、源码解析——Scheduler

Scheduler是kubernetes的核心组件之一，其主要功能是进行Pod调度，将Pod分配到合适的Node上运行。Scheduler采用的是Kube-scheduler的算法，实现了一种统一的调度框架。

调度过程的主要步骤如下：

1、调用extender（如Federation或者第三方扩展）对调度算法进行补充。
2、调度算法计算合适的Node并打标记。
3、调用插件进行预选和剔除。
4、选择一个Node并返回给调用方。

下面是一个scheduler.go文件的示例：

package scheduler

type Scheduler struct {
}

func New() *Scheduler {
    return &Scheduler{}
}

type ScheduleResult struct {
    PodName string
    NodeName string
}

func (s *Scheduler) Schedule(pod *api.Pod, nodeList *api.NodeList) (*ScheduleResult, error) {
    // 进行调度计算
    return &ScheduleResult{}, nil
}

五、源码解析——kubelet

kubelet是kubernetes的核心组件之一，其主要作用是将Pod转换为一个容器（容器包括docker、CRI-O等）来运行，并监测容器的健康状况。

下面是一个kubelet.go文件的示例：

package kubelet

import (
    "context"
    "time"

    "github.com/spf13/pflag"
    "k8s.io/kubernetes/cmd/kubelet/app/options"
    "k8s.io/kubernetes/pkg/kubelet"
)

// Kublet 启动参数
type KubletConfig struct {
    ConfigFile string
}

// Kublet 启动
func StartKubelet(cfg *KubletConfig) error {
    // 解析参数
    // ...
    // 设置默认Kubelet配置参数
    // ...
    // 创建KubeletServer，并启动
    // ...
    
    kcfg, err := kubelet.NewKubeletConfigFromFile(cfg.ConfigFile)
    if err != nil {
        return err
    }

    klet, err := kubelet.NewMainKubelet(
        kcfg,
        kubelet.GetHostname(kcfg.NodeStatusUpdateFrequency.Duration),
        kubelet.ProbeVolumePlugins(),
    )
    if err != nil {
        return err
    }

    ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())
    defer cancel()

    kubelet.SetSignal(ctx, klet)

    err = klet.Run(ctx)
    if err != nil {
        return err
    }

    return nil
}

六、源码解析——kubeadm

kubeadm是kubernetes的组件之一，其主要作用是用于在多个Node上部署kubernetes集群。它提供了一种初始化Kubernetes控制平面的方式，其驱动程序实现kubeadm init和kubeadm join.

下面是一个kubeadm.go文件的示例：

package kubeadm

import (
    "context"

    "github.com/spf13/cobra"
)

func NewRootCmd() *cobra.Command {
    cmd := &cobra.Command{
        Use:   "kubeadm",
        Short: "kubernetes集群初始化部署",
        Long:  "",
    }

    cmd.AddCommand(NewCmdInit(), NewCmdJoin())

    return cmd
}

func NewCmdInit() *cobra.Command {
    cmd := &cobra.Command{
        Use:   "init",
        Short: "初始化kubeadm安装",
        Long:  "",
        Args:  cobra.ExactArgs(0),
        RunE: func(cmd *cobra.Command, args []string) error {
            return runInit(context.Background())
        },
    }

    return cmd
}

func NewCmdJoin() *cobra.Command {
    cmd := &cobra.Command{
        Use:   "join",
        Short: "加入kubernetes集群",
        Long:  "",
        Args:  cobra.ExactArgs(0),
        RunE: func(cmd *cobra.Command, args []string) error {
            return runJoin(context.Background())
        },
    }

    return cmd
}

func runInit(ctx context.Context) error {
    // ...
    return nil
}

func runJoin(ctx context.Context) error {
    // ...
    return nil
}

七、总结

本文主要对kubernetes源码进行了相应的剖析，从kubernetes源码的模块结构、API Server、Scheduler、kubelet以及kubeadm等多个方面进行了详细的阐述。通过对kubernetes源码的深入学习，我们可以更好地理解kubernetes的工作原理和机制，并进行相应的二次开发和优化。

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