Kubernetes声明式API与编程范式

声明式API vs 命令时API

计算机系统是分层的,也就是下层做一些支持的工作,暴露接口给上层用。注意:语言的本质是一种接口。

计算机的最下层是CPU指令,其本质就是用“变量定义+顺序执行+分支判断+循环”所表达的逻辑过程。计算机应用的最上层是实现人类社会的某种功能。所以所有计算机编码的过程,就是用逻辑表达现实的过程。层与层之间定义的借口,越接近现实的表达就叫越“声明式”(declarative),越接近计算机的执行过程就叫越“命令式”(imperative)。注意这不是绝对的概念,而是相对的概念。

当接口越是在表达“要什么”,就是越声明式;越是在表达“要怎样”,就是越命令式。SQL就是在表达要什么(数据),而不是表达怎么弄出我要的数据,所以它就很“声明式”。C++就比C更声明式,因为面向对象本身就是一种声明式的体现。HTML也很声明式,它只描述我要一张什么样的表,并不表达怎么弄出一张表。

越是声明式,意味着下层要做更多的东西,或者说能力越强。也意味着效率的损失。越是命令式,意味着上层对下层有更多的操作空间,可以按照自己特定的需求要求下层按照某种方式来处理。

Kubernetes声明式API

想要使用Kubernetes 的 API 对象,需要编写一个对应的 YAML 文件交给 Kubernetes,而声明式API,则为kubectl apply 命令。而先 kubectl create,再 replace 的操作,称为命令式配置文件操作,并不是声明式API。

kube-apiserver 在响应命令式请求(如kubectl replace)的时候, 一次只能处理一个写请求,否则会有产生冲突的可能;而对于声明式请求(如kubectl apply),一次能处理多个写操作,并且具备 Merge 能力。

声明式 API是 Kubernetes 项目编排能力“赖以生存”的核心所在:

首先,“声明式”就是提交一个定义好的API对象来声明所期望的状态是什么

其次,声明式API允许有多个API写端,以PATCH的方式对API对象进行修改,而无需关心本地原始YAML文件的内容

RESTful 使用POST来创建一个资源,使用PUT或者PATCH来更新一个资源 区别是: – PUT用来整体更新一个资源,所以请求中必须包含完整的资源信息。如果缺少部分信息,会导致这部分数据被更新为NULL。 – PATCH则是部分更新。仅更新提供的字段,请求中缺少的字段仍保持不变

最后,也是最重要的,有了上述两个能力,Kubernetees项目才可以基于对API对象的增、删、改、查在完全无需外界干预的情况下,完成对“实际状态”和“期望状态”的调谐(Reconcile)过程。

工作原理

首先知道一下一个 API 对象在 Etcd 里的完整资源路径,是由:Group(API 组)、 Version(API 版本)和 Resource(API 资源类型)三个部分组成的,可以用如下图的树形结构表示出来:

在这里插入图片描述

API对象的组织方式是层层递进的,Kubernetes会对Group、Version和Resource进行解析,也就是层层匹配,得到相应的对象定义,如Cronjob(Pod、Node 等核心API对象不需要Group,直接匹配Version)。

把YAML 文件提交给 Kubernetes 之后,创建出 API 对象的流程:以创建 CronJob为例

发起创建CronJob的POST请求后,编写的YAML的信息就被提交给api-server

Api-server过滤这个请求,完成一些前置性的工作,比如授权、超时处理、审计等

请求进入mux和routes流程,mux和routees是api-server完成url和handler绑定的场所,api-server的Handler要做的事情就是按照层层匹配的过程,找到对应的CronJob类型定义

Api-server根据crontJob类型定义,使用用户提交的YAML文件里的字段,创建一个CrontJob对象

Api-server会进行一个convert工作,即把用户提交的YAML文件转换成一个叫做Super Version的对象,它正是该API资源类型所有版本的字段全集,这样用户提交的不同版本的YAML就都可以用这个Super Version对象来进行处理了

先后进行admission()和validation()操作

Admission Controller和Initializer都属于Admission的内容,Validation负责验证这个对象里的各个字段是否合法,这个被验证过的API对象,都保存在来api-server里一个叫做Registry的数据结构中,也就是说只要一个API对象的定义能在Registry里查到,他就是一个有效的Kubernetes API对象

把验证过的API对象转换成用户最初提交的版本,进行序列化操作,并调用Etcd的API把它保存起来

自定义API对象

如果想要添加自定义API资源类型,建议使用CRD( Custom Resource Definition),它允许用户在 Kubernetes 中添加一个跟 Pod、Node 类似的、新的 API 资源类型,即:自定义 API 资源。

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