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整体流程

这篇文章将介绍 Kubelet 的整体流程，然后再对源码进行简单梳理。希望通过这篇文章，可以对 Kubelet 先有个整体认识。

kubelet 整体的启动过程如下，

  • 首先设置 listers，注册 kubelet 所关心的资源的 Informer，这里 kubelet 只监听了与自己相关 Pod 对象的变化，也就是 Watch 的过滤条件是该 Pod 的 nodeName 字段与自己相同的。Informer 所产生的事件用于驱动后续的 SyncLoop。

  • 启动 PLEG，PLEG 会定期通过容器运行时获取节点上 Pod 的状态，与其缓存中的 Pod 信息进行比较，封装成事件。这些事件也用于驱动后续的 SyncLoop。

  • 接着启动各个组件，比如 Volume Manager、Node Status Manager、CPU Manager 等。这些组件都以控制器模式运行，负责完成某项具体职责。比如，

    • Volume Manager 负责处理 Volume 卸载和挂载。
    • Node Status Manager 负责将 Node 的状态收集起来，并通过 Heartbeat 的方式上报给 APIServer。
    • CPU Manager，负责维护该 Node 的 CPU 核的信息，以便在 Pod 通过 cpuset 的方式请求 CPU 核的时候，能够正确地管理 CPU 核的使用量和可用量。

  • 最后也是最重要的是启动一个循环：SyncLoop。SyncLoop 是整个 Kubelet 的核心，驱动这个循环运行的事件，有 Pod 更新事件（来自 APIServer 或本地文件变化）、Pod 生命周期变化（来自 PLEG）、kubelet 本身设置的执行周期、定时的清理事件、Pod 中容器探针检测的结果。

    需要注意的是，SyncLoop 要求是绝对不可以被阻塞，因此凡是在 kubelet 里有可能会耗费大量时间的操作，比如准备 Pod 的 Volume、拉取镜像等，SyncLoop 都会开启单独的 Goroutine 来进行操作。

因此，它整体的工作原理就是启动多个组件，监听 API Server/本地文件、监控容器运行时中容器的情况（PLEG）。这些都会产生事件，然后在 SyncLoop 中根据这些事件来进行不同的处理逻辑，因此可以说 kubelet 本身也是按照“控制器”模型进行工作的。以创建了一个 Pod 为例，介绍下过程，

  • 当创建了一个 Pod 并完成了调度之后，kubelet 会收到 Pod 的更新事件。

  • Syncloop 根据这个时间调用 HandlePods 进行处理。

    • 如果是一个新调度的 Pod，就会执行 HandlePods 中的 ADD 事件对应的处理逻辑。HandlePods 会为这个新的 Pod 生成对应的 Pod Status，检查 Pod 所声明使用的 Volume 是不是已经准备好。然后调用 CRI 接口创建 Pod 及其所定义的容器。

    • 如果是 UPDATE 事件，kubelet 就会根据 Pod 对象具体的变更情况，调用 CRI 接口重建容器。

  • 接着以 gRPC 服务方式运行的 CRI shim 会收到相应的 CRI 请求。CRI shim 会把 CRI 请求里面的内容取出来，然后调用容器运行时提供的 API，比如 containerd 提供的 API。

  • 容器运行时会根据自己的实现创建容器。以 containerd 为例，它会创建 runC 容器。在 runC 中，它会启动容器要执行的程序，并设置容器的 Namespace、Cgroups 和 chroot 等。

总结

  • kubelet 中关键的两个点是：SyncLoop 和 CRI。前者是 kubelet 自身逻辑运行的核心，后者是与底层容器运行时交互的核心。

  • kubelet 是 kubernetes 中第二个不可被替代的组件，第一个不可被替代的组件当然是 kube-apiserver。也就是说，无论如何，都不太建议对 kubelet 的代码进行大量的改动。保持 kubelet 跟上游基本一致的重要性，就跟保持 kube-apiserver 跟上游一致是一个道理。

  • kubelet 中的 cAdvisor 组件是通过读取 sys cgroup 或者 /proc 下的状态信息来得到 container cpu/mem/net/io metrics 的。

整体源码

kubelet 的入口处代码，如下所示，cli.Run 最终运行的是 command 中的 RunE。因此，从 NewKubeletCommand 中关于 RunE 部分的开始看即可。

// cmd/kubelet/kubelet.go
func main() {
	command := app.NewKubeletCommand()
	code := cli.Run(command)
	os.Exit(code)
}

从 NewKubeletCommand() 到创建和启动 kubelet 环节，调用链路大概如下，

app.NewKubeletCommand()->app.Run()->app.run()->app.RunKubelet()

在 app.RunKubelet() 中，

  • 首先是调用 createAndInitKubelet() 创建并初始化 kubelet，包括创建 kubelet 的各种组件，如下

  • 接着调用 startKubelet() 方法启动各个组件。同时在 kubelet 内部启动一个 http server，提供 metrics、exec 等 http api。

// RunKubelet is responsible for setting up and running a kubelet.
func RunKubelet(kubeServer *options.KubeletServer, kubeDeps *kubelet.Dependencies, runOnce bool) error {
	hostname, err := nodeutil.GetHostname(kubeServer.HostnameOverride)
	nodeName, err := getNodeName(kubeDeps.Cloud, hostname)
	hostnameOverridden := len(kubeServer.HostnameOverride) > 0
	nodeIPs, err := nodeutil.ParseNodeIPArgument(kubeServer.NodeIP, kubeServer.CloudProvider, utilfeature.DefaultFeatureGate.Enabled(features.CloudDualStackNodeIPs))
  
	k, err := createAndInitKubelet(kubeServer,
		kubeDeps,
		hostname,
		hostnameOverridden,
		nodeName,
		nodeIPs)

	...
  
  startKubelet(k, podCfg, &kubeServer.KubeletConfiguration, kubeDeps, kubeServer.EnableServer)
  klog.InfoS("Started kubelet")
	
  return nil
}

func startKubelet(k kubelet.Bootstrap, podCfg *config.PodConfig, kubeCfg *kubeletconfiginternal.KubeletConfiguration, kubeDeps *kubelet.Dependencies, enableServer bool) {
	// start the kubelet
	go k.Run(podCfg.Updates())

	// start the kubelet server
	if enableServer {
		go k.ListenAndServe(kubeCfg, kubeDeps.TLSOptions, kubeDeps.Auth, kubeDeps.TracerProvider)
	}
	...
}

Kubelet.Run()

kubelet.Run() 方法中，

  • 启动 Volume Manager，负责处理 Volume 卸载和挂载。
  • 启动 syncNodeStatus，负责更新节点自身的状态。
  • 启动 Node Lease Controller，负责更新节点租约。
  • 启动 Status Manager，负责向 APIServer 更新 Pod 状态。
  • 启动 PLEG，持续从底层容器运行时中获取 Pod/容器的状态，并于 kubelet 本地 cache 进行比较，生成对应的 Event。
  • 启动 SyncLoop，持续监控并处理来自文件、APIServer、PLEG 的变更事件，包括 Pod 的增加、更新、删除等。
// Run starts the kubelet reacting to config updates
func (kl *Kubelet) Run(updates <-chan kubetypes.PodUpdate) {
	...
	// Start volume manager
	go kl.volumeManager.Run(kl.sourcesReady, wait.NeverStop)

	if kl.kubeClient != nil {
		// Start two go-routines to update the status.
		go wait.JitterUntil(kl.syncNodeStatus, kl.nodeStatusUpdateFrequency, 0.04, true, wait.NeverStop)

		// start syncing lease
		go kl.nodeLeaseController.Run(context.Background())
	}

	// Start component sync loops.
	kl.statusManager.Start()

	// Start the pod lifecycle event generator.
	kl.pleg.Start()
  
	kl.syncLoop(ctx, updates, kl)
}

接下去来看下 syncLoop() 的实现：整体的流程是从多个 channel 中读取事件，然后处理这个事件。

  • 支持的几个 channel 如下，也就是事件的来源，
    • configChannel：Pod 的变更事件，从 APIServer 或者本地文件（静态 Pod）获取而来。
    • plegChannel：PLEG 产生的事件。
    • syncChannel：定期的更新事件。
    • housekeepingChannel：定期的清理事件，清理不再需要的资源，例如停止运行的容器实例以及它们占用的磁盘空间、无效的镜像和临时文件等。
    • healthChannel：容器的健康检查失败。
  • SyncHandler：具体的对 Pod 进行处理的 handler。
// pkg/kubelet/kubelet.go
func (kl *Kubelet) syncLoop(ctx context.Context, updates <-chan kubetypes.PodUpdate, handler SyncHandler) {
	syncTicker := time.NewTicker(time.Second)
	housekeepingTicker := time.NewTicker(housekeepingPeriod)
	plegCh := kl.pleg.Watch()
  
	for {
		if !kl.syncLoopIteration(ctx, updates, handler, syncTicker.C, housekeepingTicker.C, plegCh) {
			break
		}
		...
	}
}

func (kl *Kubelet) syncLoopIteration(ctx context.Context, configCh <-chan kubetypes.PodUpdate, handler SyncHandler, syncCh <-chan time.Time, housekeepingCh <-chan time.Time, plegCh <-chan *pleg.PodLifecycleEvent) bool {
	select {
	case u, open := <-configCh:
		if !open {
			klog.ErrorS(nil, "Update channel is closed, exiting the sync loop")
			return false
		}

		switch u.Op {
		case kubetypes.ADD:
			handler.HandlePodAdditions(u.Pods)
		case kubetypes.UPDATE:
			handler.HandlePodUpdates(u.Pods)
		case kubetypes.REMOVE:
			handler.HandlePodRemoves(u.Pods)
		case kubetypes.RECONCILE:
			handler.HandlePodReconcile(u.Pods)
		case kubetypes.DELETE:
			handler.HandlePodUpdates(u.Pods)
		}

	case e := <-plegCh:
		if isSyncPodWorthy(e) {
			if pod, ok := kl.podManager.GetPodByUID(e.ID); ok {
				handler.HandlePodSyncs([]*v1.Pod{pod})
			}
		}

		if e.Type == pleg.ContainerDied {
			if containerID, ok := e.Data.(string); ok {
				kl.cleanUpContainersInPod(e.ID, containerID)
			}
		}
  
	case <-syncCh:
		podsToSync := kl.getPodsToSync()
		handler.HandlePodSyncs(podsToSync)
    ...
  case update := <-kl.livenessManager.Updates():
		if update.Result == proberesults.Failure {
			handleProbeSync(kl, update, handler, "liveness", "unhealthy")
		}
    
	case update := <-kl.readinessManager.Updates():
		ready := update.Result == proberesults.Success
		handleProbeSync(kl, update, handler, "readiness", status)
    
	case update := <-kl.startupManager.Updates():
		started := update.Result == proberesults.Success
		handleProbeSync(kl, update, handler, "startup", status)
    
	case <-housekeepingCh:
			if err := handler.HandlePodCleanups(ctx); err != nil {
				klog.ErrorS(err, "Failed cleaning pods")
			}
			...
	}
	return true
}

Kubelet.ListenAndServe()

接下去相关的调用链路是，

Kubelet.ListenAndServe()->server.ListenAndServeKubeletServer()->server.NewServer()->ListenAndServe()

在这个调用链路中，核心的是 server.NewServer()，它会注册各种 handler

  • InstallDefaultHandlers() 注册默认的 handler，比如 health 探测、metrics、stats 等。
  • InstallDebuggingHandlers() 注册 debug 相关的 handler，比如 exec、attach 等。
func NewServer(host HostInterface, resourceAnalyzer stats.ResourceAnalyzer, auth AuthInterface, tp oteltrace.TracerProvider, kubeCfg *kubeletconfiginternal.KubeletConfiguration) Server {
	...
  server.InstallDefaultHandlers()
	if kubeCfg != nil && kubeCfg.EnableDebuggingHandlers {
		server.InstallDebuggingHandlers()
		server.InstallSystemLogHandler(kubeCfg.EnableSystemLogHandler, kubeCfg.EnableSystemLogQuery)
		server.InstallProfilingHandler(kubeCfg.EnableProfilingHandler, kubeCfg.EnableContentionProfiling)
		server.InstallDebugFlagsHandler(kubeCfg.EnableDebugFlagsHandler)
	} else {
		server.InstallDebuggingDisabledHandlers()
	}
	return server
}

func (s *Server) InstallDefaultHandlers() {
	healthz.InstallHandler(s.restfulCont,
		healthz.PingHealthz,
		healthz.LogHealthz,
		healthz.NamedCheck("syncloop", s.syncLoopHealthCheck),
	)

	ws := new(restful.WebService)
	ws.Path("/pods").Produces(restful.MIME_JSON)
	s.restfulCont.Add(ws)

	s.restfulCont.Add(stats.CreateHandlers(statsPath, s.host, s.resourceAnalyzer))
	s.restfulCont.Handle(metricsPath, legacyregistry.Handler())

	includedMetrics := cadvisormetrics.MetricSet{
		cadvisormetrics.CpuUsageMetrics:     struct{}{},
		cadvisormetrics.MemoryUsageMetrics:  struct{}{},
		cadvisormetrics.CpuLoadMetrics:      struct{}{},
		cadvisormetrics.DiskIOMetrics:       struct{}{},
		cadvisormetrics.DiskUsageMetrics:    struct{}{},
		cadvisormetrics.NetworkUsageMetrics: struct{}{},
		cadvisormetrics.AppMetrics:          struct{}{},
		cadvisormetrics.ProcessMetrics:      struct{}{},
		cadvisormetrics.OOMMetrics:          struct{}{},
	}
	// cAdvisor metrics are exposed under the secured handler as well
	r := compbasemetrics.NewKubeRegistry()
	r.RawMustRegister(metrics.NewPrometheusMachineCollector(prometheusHostAdapter{s.host}, includedMetrics))
	...
}

func (s *Server) InstallDebuggingHandlers() {
	ws := new(restful.WebService)
	ws.Path("/run")

	ws = new(restful.WebService)
	ws.Path("/exec")

	ws = new(restful.WebService)
	ws.Path("/attach")

	ws = new(restful.WebService)
	ws.Path("/portForward")
  
	ws = new(restful.WebService)
	ws.Path("/containerLogs")

	ws = new(restful.WebService)
	ws.Path("/runningpods/").Produces(restful.MIME_JSON)
  ...
}

相关链接

kubelet 创建 pod 的流程：https://cloud.tencent.com/developer/article/1557556

卷死我
  • 本文作者： dawnguo
  • 本文链接： /archives/254
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