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解析 | openshift源码简析之pod网络配置(下）

【编者按】openshift底层是通过kubelet来管理pod，kubelet通过CNI插件来配置pod网络.openshift node节点在启动的时会在一个goroutine中启动kubelet, 由kubelet来负责pod的管理工作。

本文主要从源码的角度入手，简单分析在openshift环境下kubelet是如何通过调用openshift sdn插件来配置pod网络。

上一节分析了openshift-sdn插件是如何配置Pod网络的，本节分析openshift-sdn插件获取Pod IP时cniServer的处理流程。
CNIServer流程

在上面的分析中我们知道，openshift-sdn插件是通过方法doCNIServerAdd向cniserver来请求IP的，那cniserver是如何处理请求的呢？我们先来看cniServer的逻辑。
cniServer的定义位于openshit代码库的pkg/network/node/cniserver/cniserver.go文件，定义如下：

1type CNIServer struct {
2 http.Server
3 requestFunc cniRequestFunc
4 rundir string
5 config *Config
6}
它包括了一个http server,以及一个处理请求的handler cniRequestFunc， 还有一些配置相关的字段。
cniSever的构造器方法位于pkg/network/node/cniserver/cniserver.go#L120， 内容如下：

1// Create and return a new CNIServer object which will listen on a socket in the given path
2func NewCNIServer(rundir string, config Config) CNIServer {
3 router := mux.NewRouter()
4
5 s := &CNIServer{
6 Server: http.Server{
7 Handler: router,
8 },
9 rundir: rundir,
10 config: config,
11 }
12 router.NotFoundHandler = http.HandlerFunc(http.NotFound)
13 router.HandleFunc("/", s.handleCNIRequest).Methods("POST")
14 return s
15}
从上面第13行的代码可以看出，该server只处理一条POST方法的路由，处理请求的handler是handleCNIRequest这个方法，该方法的定义位于 pkg/network/node/cniserver/cniserver.go#L277,内容如下：

1// Dispatch a pod request to the request handler and return the result to the
2// CNI server client
3func (s CNIServer) handleCNIRequest(w http.ResponseWriter, r http.Request) {
4 req, err := cniRequestToPodRequest(r)
5 if err != nil {
6 http.Error(w, fmt.Sprintf("%v", err), http.StatusBadRequest)
7 return
8 }
9
10 glog.V(5).Infof("Waiting for %s result for pod %s/%s", req.Command, req.PodNamespace, req.PodName)
11 result, err := s.requestFunc(req)
12 if err != nil {
13 http.Error(w, fmt.Sprintf("%v", err), http.StatusBadRequest)
14 } else {
15 // Empty response JSON means success with no body
16 w.Header().Set("Content-Type", "application/json")
17 if _, err := w.Write(result); err != nil {
18 glog.Warningf("Error writing %s HTTP response: %v", req.Command, err)
19 }
20 }
21}
从第11行可以看出，该方法又是调用requestFunc这个方法来处理请求，请求结束后通过w.Write或者是http.Error返回调用者的response。requestFunc是在cniserver的Start的方法中传入的，传入的实际上是podManager的handleCNIRequest方法，该方法位于文件pkg/network/node/pod.go#L25，内容如下：

1// Enqueue incoming pod requests from the CNI server, wait on the result,
2// and return that result to the CNI client
3func (m podManager) handleCNIRequest(request cniserver.PodRequest) ([]byte, error) {
4 glog.V(5).Infof("Dispatching pod network request %v", request)
5 m.addRequest(request)
6 result := m.waitRequest(request)
7 glog.V(5).Infof("Returning pod network request %v, result %s err %v", request, string(result.Response), result.Err)
8 return result.Response, result.Err
9}
在第5行该方法先通过addRequest方法把请求放到一个队列里面，然后调用第6行的waitRequest等待请求执行完成。
addRequest定义位于pkg/network/node/pod.go#L240， 内容如下：

1// Add a request to the podManager CNI request queue
2func (m podManager) addRequest(request cniserver.PodRequest) {
3 m.requests <- request
4}
可以看出请求被放到了m.requests这个channel里面，也就是在这里用channel做的队列。
waitRequest是从一个channel里取出结果，定义位于pkg/network/node/pod.go#L245，内容如下:

1// Wait for and return the result of a pod request
2func (m podManager) waitRequest(request cniserver.PodRequest) *cniserver.PodResult {
3 return <-request.Result
4}
刚才说了addRequest会把请求放到m.requests这个队列里面，那队列里的请求是如何被执行的呢？答案就是podManager在启动时会在一个gorotine里调用processCNIRequests这个方法，该方法会循环的从m.requests这个channel里面取出请求执行。processCNIRequests定义位于pkg/network/node/pod.go#L286，内容如下：

1// Process all CNI requests from the request queue serially. Our OVS interaction
2// and scripts currently cannot run in parallel, and doing so greatly complicates
3// setup/teardown logic
4func (m *podManager) processCNIRequests() {
5 for request := range m.requests {
6 glog.V(5).Infof("Processing pod network request %v", request)
7 result := m.processRequest(request)
8 glog.V(5).Infof("Processed pod network request %v, result %s err %v", request, string(result.Response), result.Err)
9 request.Result <- result
10 }
11 panic("stopped processing CNI pod requests!")
12}
可以看出该方法通过一个for循环不断的从m.requests里面取出请求，然后调用processRequest方法来处理请求，最后把处理的结果在放到request.Result里面由上面的waitRequest来获取。
我们来分析processRequest方法的执行逻辑，该方法定义位于pkg/network/node/pod.go#L296，内容如下:

1func (m podManager) processRequest(request cniserver.PodRequest) *cniserver.PodResult {
2 m.runningPodsLock.Lock()
3 defer m.runningPodsLock.Unlock()
4
5 pk := getPodKey(request)
6 result := &cniserver.PodResult{}
7 switch request.Command {
8 case cniserver.CNI_ADD:
9 ipamResult, runningPod, err := m.podHandler.setup(request)
10 if ipamResult != nil {
11 result.Response, err = json.Marshal(ipamResult)
12 if err == nil {
13 m.runningPods[pk] = runningPod
14 if m.ovs != nil {
15 m.updateLocalMulticastRulesWithLock(runningPod.vnid)
16 }
17 }
18 }
19 if err != nil {
20 PodOperationsErrors.WithLabelValues(PodOperationSetup).Inc()
21 result.Err = err
22 }
23 case cniserver.CNI_UPDATE:
24 vnid, err := m.podHandler.update(request)
25 if err == nil {
26 if runningPod, exists := m.runningPods[pk]; exists {
27 runningPod.vnid = vnid
28 }
29 }
30 result.Err = err
31 case cniserver.CNI_DEL:
32 if runningPod, exists := m.runningPods[pk]; exists {
33 delete(m.runningPods, pk)
34 if m.ovs != nil {
35 m.updateLocalMulticastRulesWithLock(runningPod.vnid)
36 }
37 }
38 result.Err = m.podHandler.teardown(request)
39 if result.Err != nil {
40 PodOperationsErrors.WithLabelValues(PodOperationTeardown).Inc()
41 }
42 default:
43 result.Err = fmt.Errorf("unhandled CNI request %v", request.Command)
44 }
45 return result
46}
可以看出该方法针对request.Command的三种不同取值有三部分逻辑来分别处理，我们重点分析Command等于cniserver.CNI_ADD时的逻辑，也就是前面调用openshift-sdn时传递ADD参数的处理逻辑。在Command等于cniserver.CNI_ADD部分的代码主要是调用第9行的podHandler的setup方法，该方法的定义位于pkg/network/node/pod.go#L497，内容如下：

1// Set up all networking (host/container veth, OVS flows, IPAM, loopback, etc)
2func (m podManager) setup(req cniserver.PodRequest) (cnitypes.Result, *runningPod, error) {
3 defer PodOperationsLatency.WithLabelValues(PodOperationSetup).Observe(sinceInMicroseconds(time.Now()))
4
5 pod, err := m.kClient.Core().Pods(req.PodNamespace).Get(req.PodName, metav1.GetOptions{})
6 if err != nil {
7 return nil, nil, err
8 }
9
10 ipamResult, podIP, err := m.ipamAdd(req.Netns, req.SandboxID)
11 if err != nil {
12 return nil, nil, fmt.Errorf("failed to run IPAM for %v: %v", req.SandboxID, err)
13 }
14
15 // Release any IPAM allocations and hostports if the setup failed
16 var success bool
17 defer func() {
18 if !success {
19 m.ipamDel(req.SandboxID)
20 if mappings := m.shouldSyncHostports(nil); mappings != nil {
21 if err := m.hostportSyncer.SyncHostports(Tun0, mappings); err != nil {
22 glog.Warningf("failed syncing hostports: %v", err)
23 }
24 }
25 }
26 }()
27
28 // Open any hostports the pod wants
29 var v1Pod v1.Pod
30 if err := kapiv1.Convert_core_Pod_To_v1_Pod(pod, &v1Pod, nil); err != nil {
31 return nil, nil, err
32 }
33 podPortMapping := kubehostport.ConstructPodPortMapping(&v1Pod, podIP)
34 if mappings := m.shouldSyncHostports(podPortMapping); mappings != nil {
35 if err := m.hostportSyncer.OpenPodHostportsAndSync(podPortMapping, Tun0, mappings); err != nil {
36 return nil, nil, err
37 }
38 }
39
40 vnid, err := m.policy.GetVNID(req.PodNamespace)
41 if err != nil {
42 return nil, nil, err
43 }
44
45 if err := maybeAddMacvlan(pod, req.Netns); err != nil {
46 return nil, nil, err
47 }
48
49 ofport, err := m.ovs.SetUpPod(req.SandboxID, req.HostVeth, podIP, vnid)
50 if err != nil {
51 return nil, nil, err
52 }
53 if err := setupPodBandwidth(m.ovs, pod, req.HostVeth, req.SandboxID); err != nil {
54 return nil, nil, err
55 }
56
57 m.policy.EnsureVNIDRules(vnid)
58 success = true
59 return ipamResult, &runningPod{podPortMapping: podPortMapping, vnid: vnid, ofport: ofport}, nil
60}
该方法的主要逻辑有两个，一是第10行调用m.ipamAdd获取IP，这里涉及到IPAM，后面单独分析；另一个是第49行调用ovs.SetUpPod设置OVS规则，后面也会单独分析。

至此，openshfit-sdn请求IP时cniServer的处理流程分析结束，下节我们分析cniServer如何调用IPAM插件来管理IP。

上面分析了openshfit-sdn请求IP时cniServer的处理流程，这一节我们分析cniServer调用IPAM插件来管理IP的逻辑。

IPAM
cniServer是调用IPAM插件host-local来做IP管理的，该插件位于/opt/cni/bin目录，是一个预编译的二进制可执行程序。本节将从IP的分配和释放两方面来分析cniServer跟host-local的交互流程。

IP分配
前面章节说了cniServer是调用了podManager的ipamAdd方法来获取IP的，那它又是如何同host-local插件交互的呢，我们来展开分析。
ipamAdd方法的定义位于pkg/network/node/pod.go#L422， 内容如下：

1// Run CNI IPAM allocation for the container and return the allocated IP address
2func (m podManager) ipamAdd(netnsPath string, id string) (cni020.Result, net.IP, error) {
3 if netnsPath == "" {
4 return nil, nil, fmt.Errorf("netns required for CNI_ADD")
5 }
6
7 args := createIPAMArgs(netnsPath, m.cniBinPath, cniserver.CNI_ADD, id)
8 r, err := invoke.ExecPluginWithResult(m.cniBinPath+"/host-local", m.ipamConfig, args)
9 if err != nil {
10 return nil, nil, fmt.Errorf("failed to run CNI IPAM ADD: %v", err)
11 }
12
13 // We gave the IPAM plugin 0.2.0 config, so the plugin must return a 0.2.0 result
14 result, err := cni020.GetResult(r)
15 if err != nil {
16 return nil, nil, fmt.Errorf("failed to parse CNI IPAM ADD result: %v", err)
17 }
18 if result.IP4 == nil {
19 return nil, nil, fmt.Errorf("failed to obtain IP address from CNI IPAM")
20 }
21
22 return result, result.IP4.IP.IP, nil
23}
上面代码第7行先通过createIPAMArgs方法构建一个参数变量args，变量定义如下：

1struct {
2 Command string
3 ContainerID string
4 NetNS string
5 PluginArgs [][2]string
6 PluginArgsStr string
7 IfName string
8 Path string
9}
构建后的变量的Command的值是“ADD”，这样在调用host-local时就会执行ADD相关的操作。
第8行通过invoke.ExecPluginWithResult来调用执行host-local插件，传入了上面创建的参数变量args，同时传入了一个变量ipamConfig，ipamConfig里面包含了pod所在node的子网相关配置以及一些host-local插件的配置，内容类似如下：

1{
2 "cniVersion":"0.3.1",
3 "name":"examplenet",
4 "ipam":{
5 "type":"host-local",
6 "ranges":[
7 [
8 {
9 "subnet":"203.0.113.0/24"
10 }
11 ]
12 ],
13 "dataDir":"/tmp/cni-example"
14 }
15}
调用host-local类似如下命令:

1echo '{ "cniVersion": "0.3.1", "name": "examplenet", "ipam": { "type": "host-local", "ranges": [ [{"subnet": "203.0.113.0/24"}]], "dataDir": "/tmp/cni-example" } }' | CNI_COMMAND=ADD CNI_CONTAINERID=example CNI_NETNS=/proc/48776/ns/net CNI_IFNAME=eth0 CNI_PATH=/opt/cni/bin /opt/cni/bin/host-local
调用返回的resut的值类似:

1{
2 "ips":[
3 {
4 "version":"4",
5 "address":"203.0.113.2/24",
6 "gateway":"203.0.113.1"
7 }
8 ]
9}
获取的IP信息以及网关信息在上面代码的第22行返回给调用者，也就是第三节中分析的podManager的setup方法的第10行。

IP释放

当cniServer接收到释放IP的请求时，会调用podManager的ipamDel方法，定义位于pkg/network/node/pod.go#L445，内容如下：

1// Run CNI IPAM release for the container
2func (m *podManager) ipamDel(id string) error {
3 args := createIPAMArgs("", m.cniBinPath, cniserver.CNI_DEL, id)
4 err := invoke.ExecPluginWithoutResult(m.cniBinPath+"/host-local", m.ipamConfig, args)
5 if err != nil {
6 return fmt.Errorf("failed to run CNI IPAM DEL: %v", err)
7 }
8 return nil
9}

该方法的逻辑跟ipamAdd一样，都是通过调用host-local插件来完成相应的操作，不同的是该方法在调用时传入了一个Command等于CNI_DEL的args，这样在调用host-local时就会执行IP释放的相关操作。
host-local会把所有已经分配过的IP记录到本地，也就是ipamConfig配置的dataDir目录下，在openshit环境下是记录到/var/lib/cni/networks/openshift-sdn目录下。目录下的内容类似如下：

1[root@master227 ~]# ls /var/lib/cni/networks/openshift-sdn
210.128.0.114 10.128.0.116 last_reserved_ip.0
3[root@master227 ~]#
上面列出的每一个以ip命名的文件都代表一个已经分配的IP，它的内容是该IP所在的pod的ID. 内容类似如下：

1[root@master227 ~]# cat /var/lib/cni/networks/openshift-sdn/10.128.0.114
27a1c2e242c2a2d750382837b81283952ad9878ae496195560f9854935d7e4d31[root@master227 ~]#
当分配IP时，host-local会在该目录下添加一条记录，释放IP时会删除相应的记录。

关于host-local的逻辑不再作分析，后面会有单独的章节来分析，有兴趣的可以看看源码，位于https://github.com/containern...。

至此，IPAM的逻辑分析结束，下一节我们分析cniServer是如何调用ovs controller来设置Pod ovs规则。

上面我们分析了cniServer是如何通过IPAM插件来管理IP，本节主要分析cniServer是如何通过ovs controller设置pod相关的ovs规则。
OVS规则设置

openshift底层的网络用的是ovs, 那么在配置好pod IP之后，又是如何设置跟pod相关的ovs规则的呢？下面作一分析。
openshift node在启动时会创建一个ovs controller,由它来完成ovs网络配置的各种操作。在第三节我们分析过，cniServer是通过调用ovs controller的SetUpPod方法来设置pod ovs规则，调用的代码位于: pkg/network/node/pod.go#L544， 内容如下：

1ofport, err := m.ovs.SetUpPod(req.SandboxID, req.HostVeth, podIP, vnid)
SetUpPod的定义位于pkg/network/node/ovscontroller.go#L267，内容如下：

1func (oc *ovsController) SetUpPod(sandboxID, hostVeth string, podIP net.IP, vnid uint32) (int, error) {
2 ofport, err := oc.ensureOvsPort(hostVeth, sandboxID, podIP.String())
3 if err != nil {
4 return -1, err
5 }
6 return ofport, oc.setupPodFlows(ofport, podIP, vnid)
7}
在上面代码的第2行，SetUpPod又调用了ensureOvsPort这个方法，该方法的定义位于pkg/network/node/ovscontroller.go#L227，内容如下：

1func (oc *ovsController) ensureOvsPort(hostVeth, sandboxID, podIP string) (int, error) {
2 return oc.ovs.AddPort(hostVeth, -1,
3 fmt.Sprintf(external-ids=sandbox="%s",ip="%s", sandboxID, podIP),
4 )
5}
如代码所示，该方法又调用了ovs的AddPort方法，我们再来分析AddPort方法。该方法的定义位于pkg/util/ovs/ovs.go#L31，内容如下：

1func (ovsif *ovsExec) AddPort(port string, ofportRequest int, properties ...string) (int, error) {
2 args := []string{"--may-exist", "add-port", ovsif.bridge, port}
3 if ofportRequest > 0 || len(properties) > 0 {
4 args = append(args, "--", "set", "Interface", port)
5 if ofportRequest > 0 {
6 args = append(args, fmt.Sprintf("ofport_request=%d", ofportRequest))
7 }
8 if len(properties) > 0 {
9 args = append(args, properties...)
10 }
11 }
12 _, err := ovsif.exec(OVS_VSCTL, args...)
13 if err != nil {
14 return -1, err
15 }
16 ofport, err := ovsif.GetOFPort(port)
17 if err != nil {
18 return -1, err
19 }
20 if ofportRequest > 0 && ofportRequest != ofport {
21 return -1, fmt.Errorf("allocated ofport (%d) did not match request (%d)", ofport, ofportRequest)
22 }
23 return ofport, nil
24}
分析上面的代码你会发现，AddPort实际上是调用了底层的ovs-vsctl命令将pod的host端的虚拟网卡加入到了ovs网桥br0上，这样br0上的流量就可以通过该网卡进入pod了。该方法的调用类似于下面的命令行，假设pod host端的网卡是veth3258a5e2：

1ovs-vsctl --may-exist add-port br0 veth3258a5e2
接着回到SetUpPod方法，在第6行中调用了setupPodFlows来设置pod IP的ovs规则，该方法的定义位于pkg/network/node/ovscontroller.go#L233，内容如下：

1func (oc *ovsController) setupPodFlows(ofport int, podIP net.IP, vnid uint32) error {
2 otx := oc.ovs.NewTransaction()
3
4 ipstr := podIP.String()
5 podIP = podIP.To4()
6 ipmac := fmt.Sprintf("00:00:xx:x/00:00:ff:ff:ff:ff", podIP[0], podIP[1], podIP[2], podIP[3])
7
8 // ARP/IP traffic from container
9 otx.AddFlow("table=20, priority=100, in_port=%d, arp, nw_src=%s, arp_sha=%s, actions=load:%d->NXM_NX_REG0[], goto_table:21", ofport, ipstr, ipmac, vnid)
10 otx.AddFlow("table=20, priority=100, in_port=%d, ip, nw_src=%s, actions=load:%d->NXM_NX_REG0[], goto_table:21", ofport, ipstr, vnid)
11 if oc.useConnTrack {
12 otx.AddFlow("table=25, priority=100, ip, nw_src=%s, actions=load:%d->NXM_NX_REG0[], goto_table:30", ipstr, vnid)
13 }
14
15 // ARP request/response to container (not isolated)
16 otx.AddFlow("table=40, priority=100, arp, nw_dst=%s, actions=output:%d", ipstr, ofport)
17
18 // IP traffic to container
19 otx.AddFlow("table=70, priority=100, ip, nw_dst=%s, actions=load:%d->NXM_NX_REG1[], load:%d->NXM_NX_REG2[], goto_table:80", ipstr, vnid, ofport)
20
21 return otx.Commit()
22}
在上面代码的第9行到第19行，分别调用了AddFlow来设置各种ovs规则，第9行到第10行设置了从pod出去的ARP/IP流量的规则，第16行设置了进入POD的ARP流量规则，第19行设置了进入POD的IP流量规则。 AddFlow实际上是调用了命令行工具ovs-ofctl来设置各种ovs规则。关于这些规则的详细内容不再作分析，感兴趣的同学可以自行研究。

至此，ovs规则的设置流程分析完毕，openshit pod网络配置的流程也全部分析完毕。

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