kubernetes源碼剖析

一、kubernetes源碼簡介

kubernetes是一個開源的容器編排系統，為容器化應用提供自動化部署、擴展和管理的平台。其具有高度的可移植性，支持多種容器運行時系統，如docker和CRI-O。kubernetes是基於容器技術的，它將多個容器組合到一起構成一個應用程序，並根據容器化方式運行和擴展。在kubernetes中，所有的操作都是通過API Server實現的，而其它組件如kubelet、kube-proxy、etcd等也都是通過API Server協作工作的。

二、kubernetes源碼的模塊結構

kubernetes源碼的具有以下模塊結構：

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

其中，pkg目錄包含了kubernetes的所有代碼模塊，每個模塊下可能會有多個子目錄，如api、apierrors、apiserver、apimachinery、client等，代表了kubernetes源碼中的各個部分，例如 kubelet部分負責機器上的Pod管理。

三、源碼解析——API Server

API Server是kubernetes的核心組件之一，所有的kubernetes組件都是通過API Server進行通信和協作的。API Server主要有以下3個核心組件：

RESTful API Server：提供RESTful API，用於管理kubernetes對象。
etcd：提供數據存儲。
認證和授權組件：提供認證和授權功能，保證kubernetes的安全性。

1、RESTful API Server

RESTful API是一種使用HTTP協議的web服務。kubernetes採用RESTful協議作為對象的API格式。其API以JSON格式交換對象的配置和狀態。API Server通過自定義的API對象，維護了kubernetes的所有狀態信息。

下面給出獲取Node狀態的HTTP URL示例：

GET /api/v1/nodes/ HTTP/1.1

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

2、etcd

etcd是一種分佈式的鍵值存儲系統，用於存儲kubernetes的所有狀態數據。kubernetes使用etcd來存儲集群中的所有數據，包括了Pod、Node、Service、關係等等。

下面給出一個在etcd中查找Pod狀態的主鍵示例：

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

3、認證和授權組件

kubernetes支持多種認證和授權方法，如x509認證，token認證和HTTP basic認證。其中，最常用的是token認證。

下面是一個使用token認證的訪問API Server的示例：

GET /api/v1/nodes/ HTTP/1.1

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

四、源碼解析——Scheduler

Scheduler是kubernetes的核心組件之一，其主要功能是進行Pod調度，將Pod分配到合適的Node上運行。Scheduler採用的是Kube-scheduler的算法，實現了一種統一的調度框架。

調度過程的主要步驟如下：

1、調用extender（如Federation或者第三方擴展）對調度算法進行補充。
2、調度算法計算合適的Node並打標記。
3、調用插件進行預選和剔除。
4、選擇一個Node並返回給調用方。

下面是一個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) {
    // 進行調度計算
    return &ScheduleResult{}, nil
}

五、源碼解析——kubelet

kubelet是kubernetes的核心組件之一，其主要作用是將Pod轉換為一個容器（容器包括docker、CRI-O等）來運行，並監測容器的健康狀況。

下面是一個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 啟動參數
type KubletConfig struct {
    ConfigFile string
}

// Kublet 啟動
func StartKubelet(cfg *KubletConfig) error {
    // 解析參數
    // ...
    // 設置默認Kubelet配置參數
    // ...
    // 創建KubeletServer，並啟動
    // ...
    
    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、源碼解析——kubeadm

kubeadm是kubernetes的組件之一，其主要作用是用於在多個Node上部署kubernetes集群。它提供了一種初始化Kubernetes控制平面的方式，其驅動程序實現kubeadm init和kubeadm join.

下面是一個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安裝",
        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、總結

本文主要對kubernetes源碼進行了相應的剖析，從kubernetes源碼的模塊結構、API Server、Scheduler、kubelet以及kubeadm等多個方面進行了詳細的闡述。通過對kubernetes源碼的深入學習，我們可以更好地理解kubernetes的工作原理和機制，並進行相應的二次開發和優化。

原創文章，作者：小藍，如若轉載，請註明出處：https://www.506064.com/zh-hk/n/183678.html