# IT明星不是梦 #图解kubernetes容器探活机制核心实现状态管理

kong000dao0

2020-02-12

k8s为实现容器探活worker的管理构建了一个Manager组件，该组件负责底层探活worker的管理,并且缓存当前的容器的状态，并对外同步容器的当前状态，今天我们就来分析下其部分核心组件

1. 核心原理实现

# IT明星不是梦 #图解kubernetes容器探活机制核心实现状态管理
Manager缓存的状态主要是会被kubelet、状态组件消费，并且在Pod同步状态的时候，会通过当前Manager里面的探测状态来更新Pod的容器的就绪与启动状态的更新，让我们一起看看Manager自身的一些关键实现吧

2. 探活结果管理

即prober/results/results_manager组件，其主要作用是：存储探测结果和通知探测结果

2.1 核心数据结构

cache负责容器的探测结果的保存，updates则负责对外更新状态的订阅，其通过新的结果和cache中的状态进行对比，从而决定是否对外通知

// Manager implementation.
type manager struct {
    // 保护cache
    sync.RWMutex
    // 容器ID->探测结果
    cache map[kubecontainer.ContainerID]Result
    // 更新管道
    updates chan Update
}

2.2 更新缓存通知事件

更新缓存的时候回通过对比前后状态来进行是否发布变更事件，从而通知到外部订阅容器变更的kubelet核心流程

func (m *manager) Set(id kubecontainer.ContainerID, result Result, pod *v1.Pod) {
    // 修改内部状态
    if m.setInternal(id, result) {
        // 同步更新事件
        m.updates <- Update{id, result, pod.UID}
    }
}

内部状态修改与判断是否进行同步实现

// 如果之前的缓存不存在，或者前后状态不一致则会返回true触发更新
func (m *manager) setInternal(id kubecontainer.ContainerID, result Result) bool {
    m.Lock()
    defer m.Unlock()
    prev, exists := m.cache[id]
    if !exists || prev != result {
        m.cache[id] = result
        return true
    }
    return false
}

2.3 对外更新管道

func (m *manager) Updates() <-chan Update {
    return m.updates
}

3.探测管理器

探测管理器是指的prober/prober)manager的Manager组件，其负责当前kubelet上面探活组件的管理，并且进行探测状态结果的缓存与同步，并且内部还通过statusManager来进行apiserver状态的同步

3.1 容器探测Key

每个探测Key包含要探测的目标信息：pod的ID、容器名、探测类型

type probeKey struct {
    podUID        types.UID
    containerName string
    probeType     probeType
}

3.2 核心数据结构

statusManager组件在后续章节里面会进行详细分析,说下livenessManager该组件即探活的结果，所以当一个容器探测失败，则会由kubelet本地先进行处理，而readlinessManager和startupManager则需要通过statusManager同步给apiserver进行同步

type manager struct {
    //探测Key与worker映射
    workers map[probeKey]*worker
    // 读写锁
    workerLock sync.RWMutex

    //statusManager缓存为探测提供pod IP和容器id。
    statusManager status.Manager

    // 存储readiness探测结果
    readinessManager results.Manager

    // 存储liveness探测结果
    livenessManager results.Manager

    // 存储startup探测结果
    startupManager results.Manager

    // 执行探测操作
    prober *prober
}

3.3 同步startup探测结果

func (m *manager) updateStartup() {
    // 从管道获取数据进行同步
    update := <-m.startupManager.Updates()

    started := update.Result == results.Success
    m.statusManager.SetContainerStartup(update.PodUID, update.ContainerID, started)
}

3.4 同步readiness探测结果

func (m *manager) updateReadiness() {
    update := <-m.readinessManager.Updates()

    ready := update.Result == results.Success
    m.statusManager.SetContainerReadiness(update.PodUID, update.ContainerID, ready)
}

3.5 启动同步探测结果后台任务

func (m *manager) Start() {
    // Start syncing readiness.
    go wait.Forever(m.updateReadiness, 0)
    // Start syncing startup.
    go wait.Forever(m.updateStartup, 0)
}

3.6 添加Pod探测

添加 Pod的时候会遍历Pod的所有容器，并根据探测类型来进行对应探测worker的构建

func (m *manager) AddPod(pod *v1.Pod) {
    m.workerLock.Lock()
    defer m.workerLock.Unlock()

    key := probeKey{podUID: pod.UID}
    for _, c := range pod.Spec.Containers {
        key.containerName = c.Name

        // 针对startupProbe的探测任务的构建
        if c.StartupProbe != nil && utilfeature.DefaultFeatureGate.Enabled(features.StartupProbe) {
            key.probeType = startup
            if _, ok := m.workers[key]; ok {
                klog.Errorf("Startup probe already exists! %v - %v",
                    format.Pod(pod), c.Name)
                return
            }
            // 构建新的worker
            w := newWorker(m, startup, pod, c)
            m.workers[key] = w
            go w.run()
        }

        // 针对ReadinessProbe的探测任务的构建
        if c.ReadinessProbe != nil {
            key.probeType = readiness
            if _, ok := m.workers[key]; ok {
                klog.Errorf("Readiness probe already exists! %v - %v",
                    format.Pod(pod), c.Name)
                return
            }
            w := newWorker(m, readiness, pod, c)
            m.workers[key] = w
            go w.run()
        }

        // 针对LivenessProbe的探测任务的构建
        if c.LivenessProbe != nil {
            key.probeType = liveness
            if _, ok := m.workers[key]; ok {
                klog.Errorf("Liveness probe already exists! %v - %v",
                    format.Pod(pod), c.Name)
                return
            }
            w := newWorker(m, liveness, pod, c)
            m.workers[key] = w
            go w.run()
        }
    }
}

3.7 更新Pod状态

更新Pod状态主要是根据当前Manager里面缓存的之前的状态信息来更新Pod里面对应容器的状态，这些状态是Pod里面容器最新的探测状态，获取这些状态则是检测当前的容器是否已经就绪和启动，为后续更新流程做基础数据

3.7.1 容器状态更新

for i, c := range podStatus.ContainerStatuses {
        var ready bool
        // 检测容器状态
        if c.State.Running == nil {
            ready = false
        } else if result, ok := m.readinessManager.Get(kubecontainer.ParseContainerID(c.ContainerID)); ok {
            // 检测readinessMnager里面的状态，如果是成功则就是已经就绪
            ready = result == results.Success
        } else {
            // 检查是否有尚未运行的探测器。只要存在则认为就绪
            _, exists := m.getWorker(podUID, c.Name, readiness)
            ready = !exists
        }
        podStatus.ContainerStatuses[i].Ready = ready

        var started bool
        if c.State.Running == nil {
            started = false
        } else if !utilfeature.DefaultFeatureGate.Enabled(features.StartupProbe) {
            // 容器正在运行，如果StartupProbe功能被禁用，则假定它已启动
            started = true
        } else if result, ok := m.startupManager.Get(kubecontainer.ParseContainerID(c.ContainerID)); ok {
            // 如果startupManager里面的状态是成功的则认为是已经启动的
            started = result == results.Success
        } else {
            // 检查是否有尚未运行的探测器。
            _, exists := m.getWorker(podUID, c.Name, startup)
            started = !exists
        }
        podStatus.ContainerStatuses[i].Started = &started
    }

3.7.2 初始化容器状态更新

针对初始化容器主要容器已经终止并且退出的状态码为0,则认为初始化容器已经就绪

for i, c := range podStatus.InitContainerStatuses {
        var ready bool
        if c.State.Terminated != nil && c.State.Terminated.ExitCode == 0 {
            // 容器状态
            ready = true
        }
        podStatus.InitContainerStatuses[i].Ready = ready
    }

3.8 存活状态通知

存活状态通知主要是在kubelet的核心流程循环中进行的，如果检测到容器的状态失败，会立刻进行对应pod的容器状态的同步，从而决定下一步的操作是做什么

case update := <-kl.livenessManager.Updates():
        // 如果探测状态失败
        if update.Result == proberesults.Failure {
            // 省略代码
            handler.HandlePodSyncs([]*v1.Pod{pod})
        }

探活整体的设计大概就是这样，接下来会分期其statusManager组件，即将将探测的状态与apiserver的同步的实现, k8s源码阅读电子书地址: https://www.yuque.com/baxiaoshi/tyado3

kubernetes 容器 pod