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如何理解kubernetes数据卷管理的源码

本篇文章给大家分享的是有关如何理解kubernetes数据卷管理的源码,小编觉得挺实用的,因此分享给大家学习,希望大家阅读完这篇文章后可以有所收获,话不多说,跟着小编一起来看看吧。

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概述

volume是k8s中很重要的一个环节,主要用来存储k8s中pod生产的一些系统或者业务数据。k8s在kubelet中提供了volume管理的逻辑

源码分析

首先是kubelet启动方法

func main() {
       s := options.NewKubeletServer()
       s.AddFlags(pflag.CommandLine)

       flag.InitFlags()
       logs.InitLogs()
       defer logs.FlushLogs()

       verflag.PrintAndExitIfRequested()

       if err := app.Run(s, nil); err != nil {
              fmt.Fprintf(os.Stderr, "error: %v\n", err)
              os.Exit(1)
       }
}

很容易发现run方法中包含了kubelet所有重要信息

func run(s *options.KubeletServer, kubeDeps *kubelet.KubeletDeps) (err error) {
        
		//配置验证
    	...

       if kubeDeps == nil {
              ...

              kubeDeps, err = UnsecuredKubeletDeps(s)

              ...
       }

       //初始化cAdvisor以及containerManager等管理器
       ...


       if err := RunKubelet(&s.KubeletConfiguration, kubeDeps, s.RunOnce, standaloneMode); err != nil {
              return err
       }

       ...
}

里面有两个与volume管理相关的重要方法

  • UnsecuredKubeletDeps:会初始化docker client、网络管理插件、数据管理插件等系统核心组件,因为不方便对外部开放,所以命名为unsecure。其中我们需要关注的是它对volume plugin的初始化操作

    	func UnsecuredKubeletDeps(s *options.KubeletServer) (*kubelet.KubeletDeps, error) {
    
    	    ...
    
    		return &kubelet.KubeletDeps{
    			Auth:               nil, 
    			CAdvisorInterface:  nil, 
    			Cloud:              nil, 
    			ContainerManager:   nil,
    			DockerClient:       dockerClient,
    			KubeClient:         nil,
    			ExternalKubeClient: nil,
    			Mounter:            mounter,
    			NetworkPlugins:     ProbeNetworkPlugins(s.NetworkPluginDir, s.CNIConfDir, s.CNIBinDir),
    			OOMAdjuster:        oom.NewOOMAdjuster(),
    			OSInterface:        kubecontainer.RealOS{},
    			Writer:             writer,
    			VolumePlugins:      ProbeVolumePlugins(s.VolumePluginDir),
    			TLSOptions:         tlsOptions,
    		}, nil
    	}

    在初始化volume plugin的时候会传递VolumePluginDir作为自定义plugin的路径,默认路径为**/usr/libexec/kubernetes/kubelet-plugins/volume/exec/**

    	func ProbeVolumePlugins(pluginDir string) []volume.VolumePlugin {
    		allPlugins := []volume.VolumePlugin{}
    		allPlugins = append(allPlugins, aws_ebs.ProbeVolumePlugins()...)
    		allPlugins = append(allPlugins, empty_dir.ProbeVolumePlugins()...)
    		allPlugins = append(allPlugins, gce_pd.ProbeVolumePlugins()...)
    		allPlugins = append(allPlugins, git_repo.ProbeVolumePlugins()...)
    		allPlugins = append(allPlugins, host_path.ProbeVolumePlugins(volume.VolumeConfig{})...)
    		allPlugins = append(allPlugins, nfs.ProbeVolumePlugins(volume.VolumeConfig{})...)
    		allPlugins = append(allPlugins, secret.ProbeVolumePlugins()...)
    		allPlugins = append(allPlugins, iscsi.ProbeVolumePlugins()...)
    		allPlugins = append(allPlugins, glusterfs.ProbeVolumePlugins()...)
    		allPlugins = append(allPlugins, rbd.ProbeVolumePlugins()...)
    		allPlugins = append(allPlugins, cinder.ProbeVolumePlugins()...)
    		allPlugins = append(allPlugins, quobyte.ProbeVolumePlugins()...)
    		allPlugins = append(allPlugins, cephfs.ProbeVolumePlugins()...)
    		allPlugins = append(allPlugins, downwardapi.ProbeVolumePlugins()...)
    		allPlugins = append(allPlugins, fc.ProbeVolumePlugins()...)
    		allPlugins = append(allPlugins, flocker.ProbeVolumePlugins()...)
    		allPlugins = append(allPlugins, flexvolume.ProbeVolumePlugins(pluginDir)...)
    		allPlugins = append(allPlugins, azure_file.ProbeVolumePlugins()...)
    		allPlugins = append(allPlugins, configmap.ProbeVolumePlugins()...)
    		allPlugins = append(allPlugins, vsphere_volume.ProbeVolumePlugins()...)
    		allPlugins = append(allPlugins, azure_dd.ProbeVolumePlugins()...)
    		allPlugins = append(allPlugins, photon_pd.ProbeVolumePlugins()...)
    		allPlugins = append(allPlugins, projected.ProbeVolumePlugins()...)
    		allPlugins = append(allPlugins, portworx.ProbeVolumePlugins()...)
    		allPlugins = append(allPlugins, scaleio.ProbeVolumePlugins()...)
    		return allPlugins
    	}

    可以观察到众多插件中,有一个名为flexvolume,只有这个插件带有参数pluginDir,说明只有这个插件支持自定义实现。具体kubelet怎么和这些插件交互,以及这些插件提供哪些接口,还需要继续阅读代码

  • RunKubelet:这才是kubelet服务的启动方法,其中最重要的功能都藏在startKubelet中

    	func RunKubelet(kubeCfg *componentconfig.KubeletConfiguration, kubeDeps *kubelet.KubeletDeps, runOnce bool, standaloneMode bool) error {
    
    		//初始化启动器
    		...
    
    		if runOnce {
    			if _, err := k.RunOnce(podCfg.Updates()); err != nil {
    				return fmt.Errorf("runonce failed: %v", err)
    			}
    			glog.Infof("Started kubelet %s as runonce", version.Get().String())
    		} else {
    			startKubelet(k, podCfg, kubeCfg, kubeDeps)
    			glog.Infof("Started kubelet %s", version.Get().String())
    		}
    		return nil
    	}

    startKubelet包含两个环节

    	func startKubelet(k kubelet.KubeletBootstrap, podCfg *config.PodConfig, kubeCfg *componentconfig.KubeletConfiguration, kubeDeps *kubelet.KubeletDeps) {
    		// 同步pod信息
    		go wait.Until(func() { k.Run(podCfg.Updates()) }, 0, wait.NeverStop)
    
    		// 启动kubelet服务
    		if kubeCfg.EnableServer {
    			go wait.Until(func() {
    				k.ListenAndServe(net.ParseIP(kubeCfg.Address), uint(kubeCfg.Port), kubeDeps.TLSOptions, kubeDeps.Auth, kubeCfg.EnableDebuggingHandlers, kubeCfg.EnableContentionProfiling)
    			}, 0, wait.NeverStop)
    		}
    		if kubeCfg.ReadOnlyPort > 0 {
    			go wait.Until(func() {
    				k.ListenAndServeReadOnly(net.ParseIP(kubeCfg.Address), uint(kubeCfg.ReadOnlyPort))
    			}, 0, wait.NeverStop)
    		}
    	}

    跟踪同步pod信息的Run方法,会追查到这段代码

    	func (kl *Kubelet) Run(updates <-chan kubetypes.PodUpdate) {
    
    	    ...
    
    		go kl.volumeManager.Run(kl.sourcesReady, wait.NeverStop)
    
    		if kl.kubeClient != nil {
    			//同步node信息
    			go wait.Until(kl.syncNodeStatus, kl.nodeStatusUpdateFrequency, wait.NeverStop)
    		}
    
    		// 同步pod信息
    		kl.pleg.Start()
    		kl.syncLoop(updates, kl)
    	}

    kl.volumeManager是kubelet进行数据卷管理的核心接口

    	type VolumeManager interface {
    		Run(sourcesReady config.SourcesReady, stopCh <-chan struct{})
    
    		WaitForAttachAndMount(pod *v1.Pod) error
    
    		GetMountedVolumesForPod(podName types.UniquePodName) container.VolumeMap
    
    		GetExtraSupplementalGroupsForPod(pod *v1.Pod) []int64
    
    		GetVolumesInUse() []v1.UniqueVolumeName
    
    		ReconcilerStatesHasBeenSynced() bool
    
    		VolumeIsAttached(volumeName v1.UniqueVolumeName) bool
    
    		MarkVolumesAsReportedInUse(volumesReportedAsInUse []v1.UniqueVolumeName)
    	}

    VolumeManager的Run会执行一个异步循环,当pod被调度到该node,它会检查该pod所申请的所有volume,根据这些volume与pod的关系做attach/detach/mount/unmount操作

    	func (vm *volumeManager) Run(sourcesReady config.SourcesReady, stopCh <-chan struct{}) {
    		defer runtime.HandleCrash()
    
    		go vm.desiredStateOfWorldPopulator.Run(sourcesReady, stopCh)
    		glog.V(2).Infof("The desired_state_of_world populator starts")
    
    		glog.Infof("Starting Kubelet Volume Manager")
    		go vm.reconciler.Run(stopCh)
    
    		<-stopCh
    		glog.Infof("Shutting down Kubelet Volume Manager")
    	}

    其中重点关注的地方是vm.desiredStateOfWorldPopulator.Runvm.reconciler.Run这两个方法。在介绍这两个方法之前,需要补充一个关键信息,这也是理解这两个方法的关键信息。

    kubelet管理volume的方式基于两个不同的状态:

    理解了这两个状态,就能大概知道vm.desiredStateOfWorldPopulator.Run这个方法是干什么的呢。很明显,它就是根据从apiserver同步到的pod信息,来更新DesiredStateOfWorld。另外一个方法vm.reconciler.Run,是预期状态和实际状态的协调者,它负责将实际状态调整成与预期状态。预期状态的更新实现,以及协调者具体如何协调,需要继续阅读代码才能理解

    追踪vm.desiredStateOfWorldPopulator.Run,我们发现这段逻辑

    	func (dswp *desiredStateOfWorldPopulator) findAndAddNewPods() {
    		for _, pod := range dswp.podManager.GetPods() {
    			if dswp.isPodTerminated(pod) {
    				continue
    			}
    			dswp.processPodVolumes(pod)
    		}
    	}

    kubelet会同步新增的pod到desiredStateOfWorldPopulator的podManager中。这段代码就是轮询其中非结束状态的pod,并交给desiredStateOfWorldPopulator处理

    	func (dswp *desiredStateOfWorldPopulator) processPodVolumes(pod *v1.Pod) {
    
    		...
    
    		for _, podVolume := range pod.Spec.Volumes {
    			volumeSpec, volumeGidValue, err :=
    				dswp.createVolumeSpec(podVolume, pod.Namespace)
    			if err != nil {
    				glog.Errorf(
    					"Error processing volume %q for pod %q: %v",
    					podVolume.Name,
    					format.Pod(pod),
    					err)
    				continue
    			}
    
    
    			_, err = dswp.desiredStateOfWorld.AddPodToVolume(
    				uniquePodName, pod, volumeSpec, podVolume.Name, volumeGidValue)
    			if err != nil {
    				glog.Errorf(
    					"Failed to add volume %q (specName: %q) for pod %q to desiredStateOfWorld. err=%v",
    					podVolume.Name,
    					volumeSpec.Name(),
    					uniquePodName,
    					err)
    			}
    
    			glog.V(10).Infof(
    				"Added volume %q (volSpec=%q) for pod %q to desired state.",
    				podVolume.Name,
    				volumeSpec.Name(),
    				uniquePodName)
    		}
    
    		dswp.markPodProcessed(uniquePodName)
    	}

    desiredStateOfWorldPopulator并不处理很重的逻辑,只是作为一个代理,将控制某个pod预期状态的逻辑交付给desiredStateOfWorld,并标记为已处理

    	func (dsw *desiredStateOfWorld) AddPodToVolume(
    		podName types.UniquePodName,
    		pod *v1.Pod,
    		volumeSpec *volume.Spec,
    		outerVolumeSpecName string,
    		volumeGidValue string) (v1.UniqueVolumeName, error) {
    
    		...
    
    		dsw.volumesToMount[volumeName].podsToMount[podName] = podToMount{
    			podName:             podName,
    			pod:                 pod,
    			spec:                volumeSpec,
    			outerVolumeSpecName: outerVolumeSpecName,
    		}
    
    		return volumeName, nil
    	}

    这段逻辑中,我们忽略了前面一系列预处理操作,直接关注最核心的地方:确定预期状态的方式就是,用一个映射表结构,绑定volume到pod之间的关系,这个关系表就是绑定关系的参考依据

    看完了desiredStateOfWorldPopulator的处理逻辑,接着进入另一个核心接口reconciler。它才是volume manager中最重要的控制器

    追踪reconciler的Run方法,我们定位到最核心的一段代码

    	func (rc *reconciler) reconcile() {
    
    		//umount
    		for _, mountedVolume := range rc.actualStateOfWorld.GetMountedVolumes() {
    			if !rc.desiredStateOfWorld.PodExistsInVolume(mountedVolume.PodName, mountedVolume.VolumeName) {
    
    				...
    
    				err := rc.operationExecutor.UnmountVolume(
    					mountedVolume.MountedVolume, rc.actualStateOfWorld)
    
    				...
    			}
    		}
    
    		// attach/mount
    		for _, volumeToMount := range rc.desiredStateOfWorld.GetVolumesToMount() {
    			volMounted, devicePath, err := rc.actualStateOfWorld.PodExistsInVolume(volumeToMount.PodName, volumeToMount.VolumeName)
    			volumeToMount.DevicePath = devicePath
    			if cache.IsVolumeNotAttachedError(err) {
    
    				...
    
    				err := rc.operationExecutor.AttachVolume(volumeToAttach, rc.actualStateOfWorld)
    
    				...
    
    			} else if !volMounted || cache.IsRemountRequiredError(err) {
    
    				...
    
    				err := rc.operationExecutor.MountVolume(
    					rc.waitForAttachTimeout,
    					volumeToMount.VolumeToMount,
    					rc.actualStateOfWorld)
    
    				...
    			}
    		}
    
    		//detach/unmount
    		for _, attachedVolume := range rc.actualStateOfWorld.GetUnmountedVolumes() {
    			if !rc.desiredStateOfWorld.VolumeExists(attachedVolume.VolumeName) &&
    				!rc.operationExecutor.IsOperationPending(attachedVolume.VolumeName, nestedpendingoperations.EmptyUniquePodName) {
    				if attachedVolume.GloballyMounted {
    
    					...
    
    					err := rc.operationExecutor.UnmountDevice(
    						attachedVolume.AttachedVolume, rc.actualStateOfWorld, rc.mounter)
    					...
    
    				} else {
    
    					...
    
    					err := rc.operationExecutor.DetachVolume(
    							attachedVolume.AttachedVolume, false,rc.actualStateOfWorld)
    
    					...
    				}
    			}
    		}
    	}

    我略去了多余的代码,保留最核心的部分。这段控制逻辑就是一个协调器,具体要做的事情就是,根据实际状态与预期状态的差异,做协调操作

    如果采用自定义的flexvolume插件,上述这些方法会对插件中实现的方法进行系统调用

    flex volume提供的lvm插件。如果需要支持mount和unmount操作,可以在这个脚本中补充

    	#!/bin/bash
    
    	# Copyright 2015 The Kubernetes Authors.
    	#
    	# Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
    	# you may not use this file except in compliance with the License.
    	# You may obtain a copy of the License at
    	#
    	#     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
    	#
    	# Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
    	# distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
    	# WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
    	# See the License for the specific language governing permissions and
    	# limitations under the License.
    
    	# Notes:
    	#  - Please install "jq" package before using this driver.
    	usage() {
    		err "Invalid usage. Usage: "
    		err "\t$0 init"
    		err "\t$0 attach  "
    		err "\t$0 detach  "
    		err "\t$0 waitforattach  "
    		err "\t$0 mountdevice   "
    		err "\t$0 unmountdevice "
    		err "\t$0 isattached  "
    		exit 1
    	}
    
    	err() {
    		echo -ne $* 1>&2
    	}
    
    	log() {
    		echo -ne $* >&1
    	}
    
    	ismounted() {
    		MOUNT=`findmnt -n ${MNTPATH} 2>/dev/null | cut -d' ' -f1`
    		if [ "${MOUNT}" == "${MNTPATH}" ]; then
    			echo "1"
    		else
    			echo "0"
    		fi
    	}
    
    	getdevice() {
    		VOLUMEID=$(echo ${JSON_PARAMS} | jq -r '.volumeID')
    		VG=$(echo ${JSON_PARAMS}|jq -r '.volumegroup')
    
    		# LVM substitutes - with --
    		VOLUMEID=`echo $VOLUMEID|sed s/-/--/g`
    		VG=`echo $VG|sed s/-/--/g`
    
    		DMDEV="/dev/mapper/${VG}-${VOLUMEID}"
    		echo ${DMDEV}
    	}
    
    	attach() {
    		JSON_PARAMS=$1
    		SIZE=$(echo $1 | jq -r '.size')
    
    		DMDEV=$(getdevice)
    		if [ ! -b "${DMDEV}" ]; then
    			err "{\"status\": \"Failure\", \"message\": \"Volume ${VOLUMEID} does not exist\"}"
    			exit 1
    		fi
    		log "{\"status\": \"Success\", \"device\":\"${DMDEV}\"}"
    		exit 0
    	}
    
    	detach() {
    		log "{\"status\": \"Success\"}"
    		exit 0
    	}
    
    	waitforattach() {
    		shift
    		attach $*
    	}
    
    	domountdevice() {
    		MNTPATH=$1
    		DMDEV=$2
    		FSTYPE=$(echo $3|jq -r '.["kubernetes.io/fsType"]')
    
    		if [ ! -b "${DMDEV}" ]; then
    			err "{\"status\": \"Failure\", \"message\": \"${DMDEV} does not exist\"}"
    			exit 1
    		fi
    
    		if [ $(ismounted) -eq 1 ] ; then
    			log "{\"status\": \"Success\"}"
    			exit 0
    		fi
    
    		VOLFSTYPE=`blkid -o udev ${DMDEV} 2>/dev/null|grep "ID_FS_TYPE"|cut -d"=" -f2`
    		if [ "${VOLFSTYPE}" == "" ]; then
    			mkfs -t ${FSTYPE} ${DMDEV} >/dev/null 2>&1
    			if [ $? -ne 0 ]; then
    				err "{ \"status\": \"Failure\", \"message\": \"Failed to create fs ${FSTYPE} on device ${DMDEV}\"}"
    				exit 1
    			fi
    		fi
    
    		mkdir -p ${MNTPATH} &> /dev/null
    
    		mount ${DMDEV} ${MNTPATH} &> /dev/null
    		if [ $? -ne 0 ]; then
    			err "{ \"status\": \"Failure\", \"message\": \"Failed to mount device ${DMDEV} at ${MNTPATH}\"}"
    			exit 1
    		fi
    		log "{\"status\": \"Success\"}"
    		exit 0
    	}
    
    	unmountdevice() {
    		MNTPATH=$1
    		if [ ! -d ${MNTPATH} ]; then
    			log "{\"status\": \"Success\"}"
    			exit 0
    		fi
    
    		if [ $(ismounted) -eq 0 ] ; then
    			log "{\"status\": \"Success\"}"
    			exit 0
    		fi
    
    		umount ${MNTPATH} &> /dev/null
    		if [ $? -ne 0 ]; then
    			err "{ \"status\": \"Failed\", \"message\": \"Failed to unmount volume at ${MNTPATH}\"}"
    			exit 1
    		fi
    
    		log "{\"status\": \"Success\"}"
    		exit 0
    	}
    
    	isattached() {
    		log "{\"status\": \"Success\", \"attached\":true}"
    		exit 0
    	}
    
    	op=$1
    
    	if [ "$op" = "init" ]; then
    		log "{\"status\": \"Success\"}"
    		exit 0
    	fi
    
    	if [ $# -lt 2 ]; then
    		usage
    	fi
    
    	shift
    
    	case "$op" in
    		attach)
    			attach $*
    			;;
    		detach)
    			detach $*
    			;;
    		waitforattach)
    			waitforattach $*
    			;;
    		mountdevice)
    			domountdevice $*
    			;;
    		unmountdevice)
    			unmountdevice $*
    			;;
    		isattached)
    	                isattached $*
    	                ;;
    		*)
    			log "{ \"status\": \"Not supported\" }"
    			exit 0
    	esac
    
    	exit 1

    值得注意的是,为什么会有两次mount操作,一次mountdevice,一次mount。分别是做什么的?

    其实k8s提供的volume管理方式是,一个volume可以被多个pod挂载,如果某个device需要作为多个pod的volume,就需要多次挂载。但是device只能被挂载一次。所以,k8s采用的方式是,先用mountdevice将device挂载到一个全局目录,然后这个全局目录就可以被多次挂载到pod的卷目录。如此一来,就能完成多pod挂载同一个volume

    • AttachVolume:调用attach

    • DetachVolume:调用detach

    • MountVolume:调用mountdevice,mount

    • UnmountVolume:调用unmount

    • UnmountDevice:调用umountdevice

    • volume和pod的预期状态不存在绑定关系,则detach volume,并对pod和volume执行unmount操作

    • volume和pod的预期状态存在绑定关系,则attach volume,并对pod和volume执行mount操作

    • DesiredStateOfWorld:预期中,pod对volume的使用情况,简称预期状态。当pod.yaml定制好volume,并提交成功,预期状态就已经确定

    • ActualStateOfWorld:实际中,pod对voluem的使用情况,简称实际状态。实际状态是kubelet的后台线程监控的结果

    • 不断同步apiserver的pod信息,根据新增、删除的pod对volume状态进行同步更新

    • 启动服务,监听controller manager的请求。其中controller manager可以辅助kubelet管理volume,用户也可以选择禁用controller manager的管理

只有理解了volume manager的代码,在使用它提供的volume plugin或者实现自定义flex volume plugin时才能驾轻就熟。以上代码,都是基于k8s v1.6.6版本

以上就是如何理解kubernetes数据卷管理的源码,小编相信有部分知识点可能是我们日常工作会见到或用到的。希望你能通过这篇文章学到更多知识。更多详情敬请关注创新互联行业资讯频道。


网站题目:如何理解kubernetes数据卷管理的源码
URL网址:http://www.cdkjz.cn/article/jdcooe.html
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