apiserver是整个kubernetes的核心模块，做的事情多，代码量也较大。市面上已经有不少apiserver代码解读的文章了，但问题在于，由于k8s的代码变化很快，想写一篇长久能用的未必能做到。所以，我参照了《Kubernetes权威指南》和浙大SEL实验室的一些文章，先把我看到的东西记下来，待后观是否有用。
kubernetes源代码版本1.2.0
代码阅读方法
先简单讲讲整个代码的目录结构
| 目录 | 说明 |
|---|---|
| api | 输出接口文档用 |
| build | 构建脚本 |
| cluster | 适配不同I层的云，例如亚马逊AWS，微软Azure，谷歌GCE的集群启动脚本 |
| cmd | 所有的二进制可执行文件入口代码，例如apiserver/scheduler/kubelet |
| contrib | 项目贡献者 |
| docs | 文档，包括了用户文档、管理员文档、设计、新功能提议 |
| example | 使用案例 |
| Godeps | 项目中依赖使用的Go第三方包，例如docker客户端SDK，rest等 |
| hack | 工具箱，各种编译、构建、测试、校验的脚本都在这里面 |
| hooks | git提交前后触发的脚本 |
| pkg | 项目代码主目录，cmd的只是个入口，这里是所有的具体实现 |
| plugin | 插件，k8s认为调度器是插件的一部分，所以调度器的代码在这里 |
| release | 应该是Google发版本用的？ |
| test | 测试相关的工具 |
| third_party | 一些第三方工具，应该不是强依赖的？ |
| www | UI，不过已经被移动到新项目了 |
可以看到，关键实现代码都放在pkg这个目录下。对于apiserver这种跨度很广的组件而言，唯一有效的阅读方式估计就是
- 遍历pkg下所有的目录，概览大概知道这个目录是干啥的
- 从cmd这个入口来看apiserver的代码，然后一点点由浅入深，看apiserver的大致实现
- 分特性，看具体某个大的特性是怎么实现的，例如安全，例如和etcd存储对接
- 在上面这几步的过程中可以看看别人的代码阅读文档，能有效的节省时间
0. apiserver主要实现了什么？
apiserver是k8s系统中所有对象的增删查改盯的http/restful式服务端，其中盯是指watch操作。数据最终存储在分布式一致的etcd存储内，apiserver本身是无状态的，提供了这些数据访问的认证鉴权、缓存、api版本适配转换等一系列的功能。
- restful服务入门
对于http服务和使用go语言实现方式，可以看go-restful的文档和例子，对这个有基本的了解，这个文档对入门者和一知半解者极为有效！
1. 对象的数据结构
古人有言，程序就是算法+数据结构，搞懂了数据结构，整个程序的处理过程就明白了一半。对于apiserver的任何一个api请求来说，上图说明了所有的数据结构关系。
k8s放在etcd内的存储对象是api.Pod对象(无版本)，从不同版本的请求路径标识来操作，例如api/v1，最后获取到的是不同版本，例如v1.Pod的json文本。这里就经历了几个过程，包括
- http client访问/api/v1/pod/xyz，想要获取这个Pod的数据
- 从etcd获取到api.Pod对象
- api.Pod对象转换为v1.Pod对象
- v1.Pod对象序列化为json或yaml文本
- 文本通过http的response体，返回给http client
其中用于处理业务数据的关键数据结构是APIGroupVersion，里面的几个成员变量的作用是：
| 成员 | 作用 |
|---|---|
| GroupVersion | 包含 api/v1这样的string，用于标识这个实例 |
| Serializer | 对象序列化和反序列化器 |
| Converter | 这是一个强大的数据结构，这里放的是个接口，本体在/pkg/conversion/conversion.go，几乎可以转换任意一种对象到另一种，只要你事先注入了相应的转换函数 |
| Storage | 这个map的key，用于对象的url，value是一个rest.Storage结构，用于对接etcd存储，在初始化注册时，会把这个map化开，化为真正的rest服务到存储的一条龙服务 |
2. 入口和启动
| 文件 | 主要数据结构/函数 | 用途 |
|---|---|---|
| kubernetes/cmd/kube-apiserver/apiserver.go | 入口 | |
| kubernetes/cmd/kube-apiserver/app/options/options.go | struct APIServer | 启动选项 |
| kubernetes/cmd/kube-apiserver/apiserver.go | func Run | 初始化一些客户端、启动master对象 |
| kubernetes/pkg/genericapiserver/genericapiserver.go | func Run | 启动安全和非安全的http服务 |
3. API分组、多版本的初始化注册(Rest)
k8s采用ApiGroup来管理所有的api分组和版本升级，目前有的API分组包括
- 核心组，REST路径在
/api/v1，但这个路径不是固定的，v1是当前的版本。与之相对应的代码里面的apiVersion字段的值是v1。 - 扩展组，REST路径在
/apis/extensions/$VERSION，相对应的代码里面的apiVersion: extensions/$VERSION(例如当前的apiVersion: extensions/v1beta1)。这里提供的API对象今后有可能会被移动到别的组内。 - "componentconfig"和 "metrics"这这些组。
在这个文档里面讲述了实现ApiGroup的几个目标，包括api分组演化，对旧版API的向后兼容（Backwards compatibility），包括用户可以自定义自己的api等。接下来我们看看他么是怎么初始化注册的，这里都是缩减版代码，去掉了其他部分。
kubernetes/pkg/master/master.go
- api注册入口
func New(c *Config) (*Master,error) {
m.InstallAPIs(c)
}
func (m *Master) InstallAPIs(c *Config) {
if err := m.InstallAPIGroups(apiGroupsInfo); err != nil {
glog.Fatalf("Error in registering group versions: %v",err)
}
}
- 转换为
APIGroupVersion这个关键数据结构，然后进行注册
func (s *GenericAPIServer) installAPIGroup(apiGroupInfo *APIGroupInfo) error {
apiGroupVersion,err := s.getAPIGroupVersion(apiGroupInfo,groupVersion,apiPrefix)
if err := apiGroupVersion.InstallREST(s.HandlerContainer); err != nil {
return fmt.Errorf("Unable to setup API %v: %v",apiGroupInfo,err)
}
}
- 关键数据结构
kubernetes/pkg/apiserver/apiserver.go
type APIGroupVersion struct {
Storage map[string]rest.Storage
Root string
// GroupVersion is the external group version
GroupVersion unversioned.GroupVersion
}
实际注册的Storage的map如下：
kubernetes/pkg/master/master.go
m.v1ResourcesStorage = map[string]rest.Storage{
"pods": podStorage.Pod,"pods/attach": podStorage.Attach,"pods/status": podStorage.Status,"pods/log": podStorage.Log,"pods/exec": podStorage.Exec,"pods/portforward": podStorage.PortForward,"pods/proxy": podStorage.Proxy,"pods/binding": podStorage.Binding,"bindings": podStorage.Binding,
那么，这里的map[string]rest.Storage最后是怎么变成一个具体的API来提供服务的呢？例如这么一个URL:
GET /api/v1/namespaces/{namespace}/pods/{name}
- restful服务的实现
k8s使用的一个第三方库github.com/emicklei/go-restful，里面提供了一组核心的对象，看例子
| 数据结构 | 功能 | 在k8s内的位置 |
|---|---|---|
| restful.Container | 代表一个http rest服务对象，包括一组restful.WebService | genericapiserver.go - GenericAPIServer.HandlerContainer |
| restful.WebService | 由多个restful.Route组成，处理这些路径下所有的特殊的MIME类型等 | api_installer.go - NewWebService() |
| restful.Route | 路径——处理函数映射map | api_installer.go - registerResourceHandlers() |
- 实际注册过程
kubernetes/pkg/apiserver/api_installer.go
func (a *APIInstaller) registerResourceHandlers(path string,storage rest.Storage,ws *restful.WebService,proxyHandler http.Handler) (*unversioned.APIResource,error) {
}
最终的API注册过程是在这个函数中完成的，把一个rest.Storage对象转换为实际的getter,lister等处理函数，并和实际的url关联起来。
4.etcd存储的操作(ORM)
上面已经基本厘清了从http请求 -> restful.Route -> rest.Storage这条线路，那rest.Storage仅仅是一个接口，有何德何能，可以真正的操作etcd呢？
这段也是牵涉到多个文件，但还比较清晰，首先，所有的对象都有增删改查这些操作，如果为Pod单独搞一套，Controller单独搞一套，那代码会非常重复，不可复用，所以存储的关键目录是在这里：
kubernetes/pkg/registry/generic/etcd/etcd.go
这个文件定义了所有的对etcd对象的操作，get,list,create等，但具体的对象是啥，这个文件不关心；etcd客户端地址，这个文件也不关心。这些信息都是在具体的PodStorage对象创建的时候注入的。以Pod为例子，文件在：
kubernetes/pkg/registry/pod/etcd/etcd.go
这里的NewStorage方法，把上述的信息注入了etcd里面去，生成了PodStorage这个对象。
// REST implements a RESTStorage for pods against etcd
type REST struct {
*etcdgeneric.Etcd
proxyTransport http.RoundTripper
}
由于PodStorage.Pod是一个REST类型，而REST类型采用了Go语言的struct匿名内部成员，天然就拥有Get,List等方法。
kubernetes/pkg/apiserver/api_installer.go
最后在这里把PodStorage转换成了Getter对象，并最终注册到ApiGroup里面去。
