歡迎來到深入學習Kubernetes API Server的系列文章，在本系列文章中我們將深入的探究Kubernetes API Server的相關實現。如果你對Kubernetes的內部實現機制比較感興趣或者正在進行Kubernetes項目的相關開發工作，那麼本系列文章能夠爲你提供一些幫助。瞭解學習過go語言，會在某些方面幫助你更好的理解本系列文章。
在本期文章中，我們首先會對Kubernetes API Server進行一個總體的大致說明，然後對API的技術術語及請求流作說明。在下幾期的文章中則主要對API Server與etcd存儲的交互以及對API Server進行相關擴展進行探討，說明。
API Server的總體說明
從理論上來說，Kubernetes 是由一些具有不同角色的節點組成的。作爲控制面的主節點主要部署有API Server, Controller Manager 和 Scheduler(s)等組件。API Server作爲Kubernetes 中的管理中心，是唯一能夠與存儲etcd交互通信的組件。它主要能夠提供如下服務：
1.作爲Kubernetes API的服務端，爲集羣內的節點以及kubectl工具提供API服務。
2.作爲集羣組件的代理，例如Kubernetes UI
3.通過API Server能夠對Kubernetes的API對象比如pods，services進行增刪查改等操作。
4.保證在分佈式存儲系統(etcd)中的Kubernetes API對象的狀態一致。
Kubernetes API是一個HTTP形式的API，JSON格式是它主要的序列化架構。同時它也支持協議緩衝區（Protocol Buffers）的形式，這種形式主要是用在集羣內通信中。出於可擴展性原因考慮，Kubernetes可支持多個API版本，通過不同的API路徑的方式區分。比如/api/v1 和 /apis/extensions/v1beta1，不同的API版本代表了這個API處於不同的版本穩定性階段。
1.Alpha 階段，比如v1alpha1，在默認狀態下爲關閉狀態。只在某個分支中支持使用，在將來可能會2.Beta階段，比如v2beta3，在默認狀態下爲開啓狀態。表示這部分代碼已經經過測試，基本功能已經通過驗證。但是這個狀態的API對象將來還是有可能發生不可兼容的改動以過度到stable穩定階段。
3.Stable階段，比如v1，是一個穩定的軟件發佈階段，API對象一般之後不會有太大改動。
接下去，我們介紹一下HTTP API主要結構。首先我們需要區分三種不同的API形式：core group API（在/api/v1路徑下，由於某些歷史原因而並沒有在/apis/core/v1路徑下）和named groups API（在對應的/apis/$NAME/$VERSION路徑下）及system-wide API（比如/metrics,/healthz）。
一個HTTP API的主要結構如下所示：
接下去我們主要列舉batch group下的兩個API例子來講解說明。在Kubernetes 1.5版本中，batch羣組下有/apis/batch/v1 和 /apis/batch/v2alpha1兩個API版本來供開發者使用。我們來看一下API的整體實現（下面列舉的API例子我們是通過proxy 命令kubectl proxy --port=8080直接訪問API獲得）。
$ curl http://127.0.0.1:8080/apis/batch/v1
{
"kind": "APIResourceList",
"apiVersion": "v1",
"groupVersion": "batch/v1",
"resources": [
{
"name": "jobs",
"namespaced": true,
"kind": "Job"
},
{
"name": "jobs/status",
"namespaced": true,
"kind": "Job"
}
]
}
在將來，將會使用更新的alpha版本：
$ curl http://127.0.0.1:8080/apis/batch/v2alpha1
{
"kind": "APIResourceList",
"apiVersion": "v1",
"groupVersion": "batch/v2alpha1",
"resources": [
{
"name": "cronjobs",
"namespaced": true,
"kind": "CronJob"
},
{
"name": "cronjobs/status",
"namespaced": true,
"kind": "CronJob"
},
{
"name": "jobs",
"namespaced": true,
"kind": "Job"
},
{
"name": "jobs/status",
"namespaced": true,
"kind": "Job"
},
{
"name": "scheduledjobs",
"namespaced": true,
"kind": "ScheduledJob"
},
{
"name": "scheduledjobs/status",
"namespaced": true,
"kind": "ScheduledJob"
}
]
}
總體上來說Kubernetes API支持對API對象的增刪查改（ create, update, delete, retrieve）通過使用JSON作爲默認格式的HTTP (POST, PUT, DELETE, GET)方式來實現。
大多數API對象會區分對象想要達到的預期狀態以及當前對象所處的實際狀態。所以一個規範的API描述應該對於這兩種狀態都有完整的描述說明並在儲存（etcd）中記錄。
API Server的術語說明
在對API Server以及HTTP API結構進行總體說明後，接下去我們對一些術語來進行說明解釋。Kubernetes 的主要API對象主要有pods, services, endpoints, deployment等。一個API對象主要由以下條目
Kind:是一個API對象的類型。它告訴了client(比如kubectl)這種API對象所代表的實體類型。比如一個pod
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: webserver
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.9
ports:
- containerPort: 80
目前API中有三種Kinds類型：
1.Object對象代表了系統中持久存在的實體，一個object對象可能具有多個resources資源能讓客戶端來執行一些特定的操作。比如Pod和namespace.
2.Lists 代表了一些resources資源或者object實體對象的集合。比如PodLists和 NodeLists.
3.代表了一個對實體對象的操作或一個非實體存在的狀態過程。比如binding或者status等。
API Group :是一組相關的Kind的集合。比如在Kind:Job以及Kind:ScheduleJob都屬於batch的API Group.
Version：每個API Group下面都能存在有多個version版本。比如在一個group羣組中最早有第一個v1alpha1版本，後來中間發展到了v1beta1版本，最終發展到v1的穩定版本。如果在系統創建了一個v1beta1 版本的對象，那麼它能過被Group任一支持的版本（比如v1）檢索到。這是由於API server能夠支持不同版本對象之間的無損耗轉換。
Resource ：代表以JSON格式通過HTTP發送或檢索的資源實體。它既可以使一個單獨的resource資源（比如.../namespaces/default）也可以是一組resource 資源（比如.../jobs）
一個API Group羣組，一個Version版本，一個Resource（GVR）資源就能過定義一個唯一的HTTP路徑。
實際上，一個job對象的API路徑爲/apis/batch/v1/namespaces/$NAMESPACE/jobs，因爲jobs並不是cluster側的資源，所以需要有namespace字段。與之相對node作爲cluster側的資源，它的API路徑就沒有$NAMESPACE的部分。
值得注意的是Kinds不一定只在同一個Group羣組下存在不同的Version版本，它在不同的Group羣組也有可能存在不同的Version版本。比如Deployment 一開始在extensions group羣組中作爲alpha版本存在，但最後它發展成GA version版本時擁有了一個新的獨立的Group羣組apps.k8s.io。因此，如果想要區分唯一的Kinds,必須要有API Group，Version以及Kind(GVK)三部分。
API請求流過程
在對Kubernetes API中的術語有了瞭解之後，接下去我們將討論API請求的處理流程。相關API主要在k8s.io/pkg/api可以看到，它既處理來自集羣內的API請求也處理來自集羣外的API請求。
當API Server接收到一個HTTP的Kubernetes API請求時，它主要處理流程如下所示：
1.HTTP 請求通過一組定義在DefaultBuildHandlerChain()（config.go）函數中的過濾處理函數處理，並進行相關操作（相關過濾處理函數如下圖所示）。這些過濾處理函數將HTTP請求處理後存到中ctx.RequestInfo，比如用戶的相關認證信息，或者相應的HTTP請求返回碼。
2.接着multiplexer （container.go）基於HTTP路徑會將HTTP請求發給對應的各自的處理handlers。
3.routes （在routes/*定義）路由將HTTP路徑與handlers處理器關聯。
4.根據每個API Group註冊的處理程序獲取HTTP請求相關內容對象（比如用戶，權限等），並將請求的內容對象存入存儲中。
完整的處理流程如下圖所示
再次提醒，爲簡潔起見，我們省略了上圖中HTTP路徑的$NAMESPACE字段。
下面我們來仔細看一下定義在DefaultBuildHandlerChain()(config.go)函數中的相關filters過濾處理函數：
1.定義在requestinfo.go中的WithRequestInfo()函數主要獲取HTTP請求的RequestInfo內容。
2.定義在maxinflight.go的中的WithMaxInFlightLimit()函數限制請求的in-flight數量。
3.定義在timeout.go的中的WithTimeoutForNonLongRunningRequests()函數主要定義了類似GET, PUT, POST, DELETE等non-long-running請求的超時時間。
4.定義在wrap.go 中的WithPanicRecovery()函數主要定義了當發生panic之後的相關處理。
5.定義在cors.go中的WithCORS()函數主要提供了CORS實現。CORS代表跨源資源共享，它是一種機制，允許能夠處理嵌入在HTML頁面中的JavaScript的XMLHttpRequests請求。
6.定義在authentication.go 中的WithAuthentication()函數主要對請求中的用戶信息進行驗證，並將用戶信息存到相應的context中。如果認證成功，那麼Authorization HTTP頭將會在request請求體中移除。
7.定義在audit.go 中的WithAudit()函數主要將request的用戶信息進行相關處理。然後將Request請求的源IP，用戶名，用戶操作及namespace等信息記入到相關審計日誌中。
8.定義在impersonation.go中的WithImpersonation()函數主要處理用戶模擬，通過嘗試修改請求的用戶(比如sudo)的方式。
9.定義在authorization.go中的WithAuthorization()函數主要請求中的用戶權限就行驗證，如果驗證通過則發送給相應的handler進行處理，如果權限驗證不通過則拒絕此次請求，返回相應錯誤。
本部分文章主要對API Server進行了一個總體介紹。下一部分，我們將對API資源的序列化以及如何存入到相關分佈式存儲中進行探究。