kubectl 执行一条命令之后发生了什么？

kubectl 是与 Kubernetes 集群交互的命令行工具，用户通过它可以对集群资源进行操作和管理。你有没有想过，当我们执行一条 kubectl 命令之后，背后都发生了什么？

详细过程

kubectl -> kube-api-server

根据通信类型，我把 kubectl 命令分为两类：单向通信和双向通信。

• 单向通信：kubectl 通过 HTTPS 向 kube-api-server 发起请求并接收响应。大部分 kubectl 命令都是单向通信的，比如资源的创建、删除、修改和查询等。
• 双向通信：在执行某些持续性操作时，例如 exec、attach、port-forward、logs 等等少数命令，kubectl 与 kube-api-server 之间会使用 WebSocket 进行双向通信，此时双方可以进行持续性的双向的消息传递。

对于大部分单向通信的命令，kube-api-server 处理（可能与 etcd 交互）之后就会响应给 kubectl，虽然集群内其它组件可能会有后续动作，但是 kubectl 到 kube-api-server 的过程则到这里就结束了。

然而，双向通信的命令，其处理的链路会更长。下文以 kubectl exec -it nginx -- bash 这条命令为例进行详细说明。

如上图所示，kubectl 会先向 kube-api-server 发起 HTTPS 请求，并协商升级为 WebSocket，至此 kubectl 与 kube-api-server 之间可以持续的收发消息。

kube-api-server -> kubelet

kubelet 会启动以下三个 server：

• HTTPS server：这是 kubelet 的主要服务，提供了完整的与 kube-api-server 和其他组件交互的接口，处理和控制所有与容器、Pod 生命周期相关的重要操作，包括 /healthz 健康检查、/metrics 指标采集、/pods pod 管理，以及 /exec、/attach、/portForward 等等接口：

  /exec/{podNamespace}/{podID}/{containerName}
  /attach/{podNamespace}/{podID}/{containerName}
  /portForward/{podNamespace}/{podID}/{containerName}
  /containerLogs/{podNamespace}/{podID}/{containerName}

• HTTP Read-Only server：提供只读的 API，用于公开一些状态信息，出于安全考虑默认禁用。可以通过 --read-only-port 参数启用，但不建议在生产环境中使用。
• gRPC server：专门用于查询节点上 Pod 和容器的资源分配情况。

当 kube-api-server 收到 kubectl exec 请求后，会通过 HTTPS 向 kubelet 发起请求，由 kubelet 负责进一步处理。

kubelet -> CRI

kubelet 通过 gRPC 调用 CRI 组件，向容器运行时传递指令。

gRPC 协议定义了 RuntimeService 和 ImageService 两种服务及多种方法，其中就包括：

• RuntimeServer.ExecSync
• RuntimeServer.Exec
• RuntimeServer.Attach
• RuntimeServer.PortForward

CRI 组件最终执行指令，并将执行结果（stdout/stderr）依次经由 kubelet、kube-api-server 最后返回给 kubectl 并在客户端显示。这就是完整的过程。

总结

文本讲述了 kubectl 命令执行背后的整个过程，以 kubectl exec 为例，涉及 kube-api-server、kubelet、CRI 等多个组件的协作，以及 HTTPS、WebSocket、gRPC 等多种通信协议。

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参考资料：

• https://kubernetes.io/docs/reference/kubectl/generated/
• https://erkanerol.github.io/post/how-kubectl-exec-works/
• https://github.com/kubernetes/kubernetes/blob/v1.31.1/pkg/kubelet/server/server.go