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Kubernetes源码分析——从kubectl开始

2018年12月23日

简介

从API Server看,kubectl 其实是高级定制版的 curl 工具

从kubectl 开始

A Tour of the Kubernetes Source Code Part One: From kubectl to API Server

kubectl create -f xx.yaml 为例,你会在pkg/kubectl/cmd/create 下找到一个create.go。类似的,所有kubectl 的命令 都可以在 pkg/kubectl/cmd 下找到。kubectl 命令行库 用的是 spf13/cobra

可以看到,阅读Kubernetes 源码需要一些go 语言基础、常用库、go上的设计模式等沉淀,否则会将技术细节与kubernetes 思想混在在一起

package结构

Go 常用的一些库 在介绍 spf13/cobra会提到 一个command line application 的推荐结构

appName/
	cmd/
    	add.go
    	your.go
    	commands.go
    	here.go
  	main.go

但我们要注意几个问题

  1. 其实大部分golang 应用 都可以以command line application 的结构来组织
  2. k8s 是由 多个command line application 组成的集合,所以其package 结构又有一点不一样。pkg/kubectl 是根据 cobra 推荐样式来的,main.go 的角色由pkg/kubectl/cmd.go 来承担(cmd.go 的方法被cmd/kubectl/kubectl.go 引用),kubectl 具体命令实现在 pkg/kubectl/cmd

Builders and Visitors

背景

  1. 而kubectl本身并不包含对其核心资源的访问与控制,而是通过http通信与api-server进行交互实现资源的管理,所以kubectl 操作的最后落脚点 是发送 http 请求
  2. kubectl 读取用户输入(包括参数、yaml 文件、yaml http地址)后,肯定要在内部用一个数据结构来表示,然后针对这个数据结构 发送http 请求。
  3. 实际实现中,数据结构有倒是有,但是

    1. k8s 笼统的称之为 resource,但没有一个实际的resource 对象存在。
    2. resource 可能有多个,因为 kubectl create -f 可以创建多个文件,便有了多个resource
    3. resource 有多个处理步骤,比如对于 kubectl create -f http://xxx 要先下载yaml 文件、校验、再发送http 请求
  4. 针对这几个问题

    • k8s 没有使用一个 类似Resources 的对象来聚合所有 resource
    • 针对一个resource 的多个处理步骤,k8s 也没有为resource 提供download、sendHttp、downloadAndSendHttp 之类的方法,而是通过对象的 聚合来 代替方法的顺序调用

所以,k8s 采用了访问者 模式,利用其 动态双分派 特性,参见函数式编程的设计模式

Visitor 接口

type VisitorFunc func(*Info, error) error
// Visitor lets clients walk a list of resources.
type Visitor interface {
	Visit(VisitorFunc) error
}

visitor 模式

这部分代码主要在 k8s.io/cli-runtime/pkg/genericclioptions/resource 包下,可以使用goland 单独打开看

pkg/kubectl/cmd/create/create.go 为demo

// 根据 请求参数 构造 resource
r := f.NewBuilder().
		Unstructured().
		Schema(schema).			// 简单赋值
		ContinueOnError().		// 简单赋值
		NamespaceParam(cmdNamespace).DefaultNamespace().	// 简单赋值
		FilenameParam(enforceNamespace, &o.FilenameOptions). // 文件可以是http 也可以 本地文件,最终都是为了给 builder.path 赋值,path 是一个Visitor 集合
		LabelSelectorParam(o.Selector).	// 简单赋值
		Flatten(). 	// 简单赋值
		Do()
...
// 发送http 请求
err = r.Visit(func(info *resource.Info, err error) error {
	...
	if !o.DryRun {
		if err := createAndRefresh(info); err != nil {
			return cmdutil.AddSourceToErr("creating", info.Source, err)
		}
	}
	...
	return o.PrintObj(info.Object)
})
  1. Builder provides convenience functions for taking arguments and parameters from the command line and converting them to a list of resources to iterate over using the Visitor interface.
  2. Result contains helper methods for dealing with the outcome of a Builder. Info contains temporary info to execute a REST call, or show the results of an already completed REST call.

Builder build 了什么东西?将输入转换为 resource,还不只一个。每个resource 都实现了 Visitor 接口,可以接受 VisitorFunc。Result 持有 Builder 的结果——多个实现visitor 接口的resource ,并提供对它们的快捷 访问操作。

在Result 层面,一个resource/visitor 一般代表一个yaml 文件(无论local 还是http),一个resource 内部 是多个visitor 的纵向聚合,比如 URLVisitor.visit

type URLVisitor struct {
	URL *url.URL
	*StreamVisitor
	HttpAttemptCount int
}

func (v *URLVisitor) Visit(fn VisitorFunc) error {
	body, err := readHttpWithRetries(httpgetImpl, time.Second, v.URL.String(), v.HttpAttemptCount)
	if err != nil {
		return err
	}
	defer body.Close()
	v.StreamVisitor.Reader = body
	return v.StreamVisitor.Visit(fn)
}

URLVisitor.visit 自己实现了 读取http yaml 文件内容,然后通过StreamVisitor.Visit 负责后续的发送http 逻辑。

visitor 函数聚合

k8s.io/cli-runtime/pkg/genericclioptions/resource/interfaces.go

这里面比较有意思的 是 DecoratedVisitor (纵向聚合,扩充一个visitor的 visit 逻辑)和 VisitorList(横向聚合,将多个平级的visitor 聚合为1个)

type DecoratedVisitor struct {
	visitor    Visitor
	decorators []VisitorFunc
}
func (v DecoratedVisitor) Visit(fn VisitorFunc) error {
	return v.visitor.Visit(func(info *Info, err error) error {
		if err != nil {
			return err
		}
		for i := range v.decorators {
			if err := v.decorators[i](info, nil); err != nil {
				return err
			}
		}
		return fn(info, nil)
	})
}

DecoratedVisitor 封装了一个visitor, DecoratedVisitor.Visit 执行时 会先让 visitor 执行DecoratedVisitor 自己的私货VisitorFunc ,然后再执行 传入的VisitorFunc,相当于对函数逻辑做了一个聚合。

type VisitorList []Visitor

// Visit implements Visitor
func (l VisitorList) Visit(fn VisitorFunc) error {
	for i := range l {
		if err := l[i].Visit(fn); err != nil {
			return err
		}
	}
	return nil
}

VisitorList 则是将多个 Visitor 聚合成一个visitor,VisitorList.visit 执行时会依次执行 其包含的visitor的Visit 逻辑

回头看

整这么复杂 k8s.io/cli-runtime/pkg/genericclioptions/resource

  1. 对上层提供两个 抽象Builder 和 Result,上层的调用模式很固定

    1. 构造Builder、result
    2. result.visit
  2. 尽可能在通用层面 实现了kubectl 的所有逻辑,上层通过配置、传入function 即可个性化整体流程

其实最初看完这个实现,笔者在质疑这样做是否有必要,因为kubectl 就是一个发送http 请求的工具(http client)。从常规的实现角度看,create/deploy 等操作各干个的,然后共用一些抽象(比如pod)、工具类(比如HttpUtils) 就可以了。

可以看到这个复用层次是比较浅的

  1. k8s 将一些公共组件单独提取出来,作为一个库,有点layer的感觉,但还不完全是。
  2. 借助visitor 模式,完全依靠 函数聚合来聚合逻辑,或许要从函数式编程模式的一些角度来找找感觉。