k8s创建资源对象过程

我们都知道，K8S中一切皆资源，在使用K8S时，所有的pod或者controller都是通过yaml文件进行创建的。

那么接下来，就和大家一起看一下K8S是如何创建资源的。

创建资源对象的过程

Deployment是一种常见的资源对象。在Kubernetes系统中创建资源对象有很多种方法。本节将对用kubectl create命令创建Deployment资源对象的过程进行分析。kubectl资源对象创建过程如图所示。

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使用kubectl创建资源对象是Kubernetes中最常见的操作之一，内部运行原理是客户端与服务端进行一次HTTP请求的交互。Kubernetes整个系统架构的设计方向是通用和具有高扩展性，所以以上功能在代码实现上略微复杂。

创建资源对象的流程可分为：

  1. \1. 实例化Factory接口
  2. \2. 通过Builder和Visitor将资源对象描述文件（deployment.yaml）文本格式转换成资源对象。
  3. \3. 将资源对象以HTTP请求的方式发送给kube-apiserver，并得到响应结果。
  4. \4. 最终根据Visitor匿名函数集的errors判断是否成功创建了资源对象。

1. 编写资源对象描述文件

Kubernetes系统的资源对象可以使用JSON或YAML文件来描述，一般使用YAML文件居多。下面提供了一个简单的Deployment Example资源对象文件：

本文主要了解k8s创建资源对象的过程，因此代码使用截图代替。

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通过kubectl create命令与kube-apiserver交互并创建资源对象，执行命令如下：

kubectl create -f nginx-deployment.yaml

2. 实例化Factory接口

在执行每一个kubectl命令之前，都需要执行实例化cmdutil.Factory接口对象的操作。Factory是一个通用对象，它提供了与kube-apiserver的交互方式，以及验证资源对象等方法。cmdutil.Factory接口代码示例如下：

源码使用最新版本k8s进行阅读： vendor/k8s.io/kubectl/pkg/cmd/cmd.go:332

f := cmdutil.NewFactory(matchVersionKubeConfigFlags)

vendor/k8s.io/kubectl/pkg/cmd/util/factory.go:40

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cmdutil.Factory接口说明如下:

  • • DynamicClient：动态客户端。
  • • KubernetesClientSet：ClientSet客户端。
  • • RESTClient：RESTClient客户端。
  • • NewBuilder：实例化Builder，Builder用于将命令行获取的参数转换成资源对象。
  • • Validator：验证资源对象。

cmdutil.Factory接口封装了3种client-go客户端与kube-apiserver交互的方式，分别是DynamicClient、KubernetesClientSet（简称ClientSet）及RESTClient。3种交互方式各有不同的应用场景。

关于三种客户端的介绍，将会在下一篇文章详细介绍client-go客户端的使用。

PS：动动小手关注我，后续继续学习crd与client-go的使用。

3. Builder构建资源对象

Builder用于将命令行获取的参数转换成资源对象（Resource Object）。它实现了一种通用的资源对象转换功能。Builder结构体保存了命令行获取的各种参数，并通过不同函数处理不同参数，将其转换成资源对象。Builder的实现类似于Builder建造者设计模式，提供了一种实例化对象的最佳方式。代码示例如下： vendor/k8s.io/kubectl/pkg/cmd/create/create.go:251

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首先通过f.NewBuilder实例化Builder对象，通过函数Unstructured、Schema、ContinueOnError、NamespaceParam、FilenameParam、LabelSelectorParam、Flatten对参数赋值和初始化，将参数保存到Builder对象中。最后通过Do函数完成对资源的创建。

其中，FilenameParam函数用于识别kubectl create命令行参数是通过哪种方式传入资源对象描述文件的，kubectl目前支持3种方式：

  • • 第1种，标准输入Stdin（即cat deployment.yaml|kubectl create-f）；
  • • 第2种，本地文件（即kubectl create-f deployment.yaml）；
  • • 第3种，网络文件（即kubectl create-f http:///deployment.yaml）。

4. Visitor多层匿名函数嵌套

在Builder Do函数中，Result对象中的结果由Visitor执行并产生，Visitor的设计模式类似于Visitor访问者模式。Visitor接口定义如下：

vendor/k8s.io/cli-runtime/pkg/resource/interfaces.go:94

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Visitor接口包含Visit方法，实现了Visit（VisitorFunc） error的结构体都可以成为Visitor。其中，VisitorFunc是一个匿名函数，它接收Info与error信息，Info结构用于存储RESTClient请求的返回结果，而VisitorFunc匿名函数则生成或处理Info结构。

Visitor的设计较为复杂，并非单纯实现了访问者模式，它相当于一个匿名函数集。在Kubernetes源码中，Visitor被设计为可以多层嵌套（即多层匿名函数嵌套，使用一个Visitor嵌套另一个Visitor）。直接阅读Visitor源码，会比较晦涩，为了更好地理解Visitor的工作原理，这里提供了代码示例。Visitor Example代码示例如下：

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在Visitor Example代码示例中，定义了Visitor接口，增加了VisitorList对象，该对象相当于多个Visitor匿名函数的集合。另外，增加了3个Visitor的类，分别实现Visit方法，在每一个VisitorFunc执行之前（before）和执行之后（after）分别输出print信息。Visitor Example代码执行结果输出如下：

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通过Visitor代码示例的输出，能够更好地理解Visitor的多层嵌套关系。在main函数中，首先将Visitor1嵌入VisitorList中，VisitorList是Visitor的集合，可存放多个Visitor。然后将VisitorList嵌入Visitor2中，接着将Visitor2嵌入Visitor3中。最终形成Visitor3{Visitor2{VisitorList{Visitor1}}}的嵌套关系。

根据输出结果，最先执行的是Visitor1中fn匿名函数之前的代码，然后是VisitorList、Visitor2和Visitor3中fn匿名函数之前的代码。紧接着执行VisitFunc（visitor.Visit）。最后执行Visitor3、Visitor2、VisitorList、Visitor1的fn匿名函数之后的代码。整个多层嵌套关系的执行过程有些类似于递归操作。

多层嵌套关系理解起来有点困难，如果读者看过电影《盗梦空间》的话，该过程可以类比为其中的场景。每次执行Visitor相当于进入盗梦空间中的另一层梦境，在触发执行了visitFunc return后，就开始从每一层梦境中苏醒过来。

回到Kubernetes源码中的Visitor，再次阅读源码时，就容易理解了。Visitor中的VisitorList（存放Visitor的集合）有两种，定义在vendor/k8s.io/cli-runtime/pkg/resource/visitor.go中，代码示例如下：

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  • • EagerVisitorList：当遍历执行Visitor时，如果遇到错误，则保留错误信息，继续遍历执行下一个Visitor。最后一起返回所有错误。
  • • VisitorList：当遍历执行Visitor时，如果遇到错误，则立刻返回。

Kubernetes Visitor中存在多种实现方法，不同实现方法的作用不同

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下面将资源创建（kubectl create-f yaml/deployment.yaml）过程中的Visitor多层匿名函数嵌套关系整理了出来：

EagerVisitorList{FileVisitor{StreamVisitor{FlattenListVisitor{FlattenListVisitor{ContinueOnErrorVisitor{DecoratedVisitor{result.Visit{}}}}}}}}

EagerVisitorList是Visitor集合，集合中包含FileVisitor和StreamVisitor，执行FileVisitor和StreamVisitor并保留执行后的error信息，然后继续执行下面的Visitor。FileVisitor和StreamVisitor将资源对象描述文件（deployment.yaml）的内容通过infoForData函数转换成Info对象。FlattenListVisitor将资源对象描述文件中定义的资源类型转换成Info对象。ContinueOnErrorVisitor将Visitor调用过程中产生的错误保留在[]error中。DecoratedVisitor会执行注册过的VisitorFunc，分别介绍如下。

  • • resource.SetNamespace：设置命名空间（Namespace），确保每个Info对象都有命名空间。
  • • resource.RequireNamespace：设置命名空间，并检查资源对象描述文件中提供的命名空间与命令行参数（–namespace）提供的命名空间是否相符，如果不相符则返回错误。
  • • resource.RetrieveLazy：如果info.Object为空，则根据info的Namepsace和Name等字段调用Helper获取obj，并更新info的Object字段。

由result.Visit执行createAndRefresh：第1步，通过Helper.Create向kube-apiserver发送创建资源的请求，Helper对client-go的RESTClient进行了封装，在此基础上实现了Get、List、Watch、Delete、Create、Patch、Replace等方法，实现了与kube-apiserver的交互功能；第2步，将与kube-apiserver交互后得到的结果通过info.Refresh函数更新到info.Object中。最后逐个退出Visitor，其过程为

DecoratedVisitor→ContinueOnErrorVisitor → FlattenListVisitor →FlattenListVisitor → StreamVisitor →FileVisitor→EagerVisitorList。

最终根据Visitor的error信息为空判断创建资源请求执行成功。

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