Opmerking. vert.: de auteur van het artikel - Erkan Erol, een ingenieur van SAP - deelt zijn onderzoek naar de mechanismen van het functioneren van teams kubectl exec, zo bekend voor iedereen die met Kubernetes werkt. Hij begeleidt het hele algoritme met lijsten van de Kubernetes-broncode (en gerelateerde projecten), waardoor je het onderwerp zo diep mogelijk kunt begrijpen.
Op een vrijdag kwam een collega naar mij toe en vroeg hoe ik een commando in een pod kon uitvoeren met behulp van klant-gaan. Ik kon hem geen antwoord geven en besefte plotseling dat ik niets wist van het werkingsmechanisme kubectl exec. Ja, ik had bepaalde ideeën over de structuur ervan, maar ik was niet 100% zeker van de juistheid ervan en besloot daarom dit probleem aan te pakken. Na het bestuderen van blogs, documentatie en broncode heb ik veel nieuwe dingen geleerd, en in dit artikel wil ik mijn ontdekkingen en inzichten delen. Als er iets mis is, neem dan contact met mij op via Twitter.
Opleiding
Om een cluster op een MacBook te maken, heb ik gekloond ecomm-integratie-ballerina/kubernetes-cluster. Vervolgens heb ik de IP-adressen van de knooppunten in de kubelet-configuratie gecorrigeerd, omdat de standaardinstellingen dit niet toestonden kubectl exec. U kunt meer lezen over de belangrijkste reden hiervoor hier.
Elke auto = mijn MacBook
Hoofdknooppunt IP = 192.168.205.10
IP van werkknooppunt = 192.168.205.11
API-serverpoort = 6443
Onderdelen
kubectl exec-proces: Wanneer we “kubectl exec...” uitvoeren, wordt het proces gestart. Dit kan op elke machine met toegang tot de K8s API-server. Opmerking vert.: Verderop in de consolelijsten gebruikt de auteur de opmerking “elke machine”, wat impliceert dat daaropvolgende opdrachten kunnen worden uitgevoerd op dergelijke machines met toegang tot Kubernetes.
api-server: Een component op het hoofdknooppunt dat toegang biedt tot de Kubernetes API. Dit is de frontend voor het besturingsvlak in Kubernetes.
kubus: Een agent die op elk knooppunt in het cluster draait. Het zorgt voor de werking van containers in de pod.
container looptijd (containerruntime): De software die verantwoordelijk is voor het uitvoeren van containers. Voorbeelden: Docker, CRI-O, containered…
pit: OS-kernel op het werkknooppunt; is verantwoordelijk voor het procesmanagement.
doel (doel) houder: een container die deel uitmaakt van een pod en draait op een van de werkknooppunten.
Wat ik ontdekte
1. Activiteit aan de klantzijde
Maak een pod in een naamruimte default:
// any machine
$ kubectl run exec-test-nginx --image=nginx
Vervolgens voeren we het exec-commando uit en wachten 5000 seconden op verdere observaties:
// any machine
$ kubectl exec -it exec-test-nginx-6558988d5-fgxgg -- sh
# sleep 5000
Het kubectl-proces verschijnt (met pid=8507 in ons geval):
We kunnen het verzoek ook waarnemen aan de kant van de api-server:
handler.go:143] kube-apiserver: POST "/api/v1/namespaces/default/pods/exec-test-nginx-6558988d5-fgxgg/exec" satisfied by gorestful with webservice /api/v1
upgradeaware.go:261] Connecting to backend proxy (intercepting redirects) https://192.168.205.11:10250/exec/default/exec-test-nginx-6558988d5-fgxgg/exec-test-nginx?command=sh&input=1&output=1&tty=1
Headers: map[Connection:[Upgrade] Content-Length:[0] Upgrade:[SPDY/3.1] User-Agent:[kubectl/v1.12.10 (darwin/amd64) kubernetes/e3c1340] X-Forwarded-For:[192.168.205.1] X-Stream-Protocol-Version:[v4.channel.k8s.io v3.channel.k8s.io v2.channel.k8s.io channel.k8s.io]]
Houd er rekening mee dat het HTTP-verzoek een verzoek bevat om het protocol te wijzigen. SPDY Hiermee kunt u individuele stdin/stdout/stderr/spdy-error "streams" multiplexen via een enkele TCP-verbinding.
De API-server ontvangt het verzoek en zet het om in PodExecOptions:
// PodExecOptions is the query options to a Pod's remote exec call
type PodExecOptions struct {
metav1.TypeMeta
// Stdin if true indicates that stdin is to be redirected for the exec call
Stdin bool
// Stdout if true indicates that stdout is to be redirected for the exec call
Stdout bool
// Stderr if true indicates that stderr is to be redirected for the exec call
Stderr bool
// TTY if true indicates that a tty will be allocated for the exec call
TTY bool
// Container in which to execute the command.
Container string
// Command is the remote command to execute; argv array; not executed within a shell.
Command []string
}
Om de vereiste acties uit te voeren, moet de api-server weten met welke pod hij contact moet opnemen:
// ExecLocation returns the exec URL for a pod container. If opts.Container is blank
// and only one container is present in the pod, that container is used.
func ExecLocation(
getter ResourceGetter,
connInfo client.ConnectionInfoGetter,
ctx context.Context,
name string,
opts *api.PodExecOptions,
) (*url.URL, http.RoundTripper, error) {
return streamLocation(getter, connInfo, ctx, name, opts, opts.Container, "exec")
}
Uiteraard worden gegevens over het eindpunt ontleend aan informatie over het knooppunt:
nodeName := types.NodeName(pod.Spec.NodeName)
if len(nodeName) == 0 {
// If pod has not been assigned a host, return an empty location
return nil, nil, errors.NewBadRequest(fmt.Sprintf("pod %s does not have a host assigned", name))
}
nodeInfo, err := connInfo.GetConnectionInfo(ctx, nodeName)
Hoera! De kubelet heeft nu een poort (node.Status.DaemonEndpoints.KubeletEndpoint.Port), waarmee de API-server verbinding kan maken:
// GetConnectionInfo retrieves connection info from the status of a Node API object.
func (k *NodeConnectionInfoGetter) GetConnectionInfo(ctx context.Context, nodeName types.NodeName) (*ConnectionInfo, error) {
node, err := k.nodes.Get(ctx, string(nodeName), metav1.GetOptions{})
if err != nil {
return nil, err
}
// Find a kubelet-reported address, using preferred address type
host, err := nodeutil.GetPreferredNodeAddress(node, k.preferredAddressTypes)
if err != nil {
return nil, err
}
// Use the kubelet-reported port, if present
port := int(node.Status.DaemonEndpoints.KubeletEndpoint.Port)
if port <= 0 {
port = k.defaultPort
}
return &ConnectionInfo{
Scheme: k.scheme,
Hostname: host,
Port: strconv.Itoa(port),
Transport: k.transport,
}, nil
}
Deze verbindingen worden gemaakt met het HTTPS-eindpunt van de kubelet. Standaard verifieert apiserver het certificaat van de kubelet niet, waardoor de verbinding kwetsbaar is voor man-in-the-middle (MITM)-aanvallen en onveilig voor het werken in onbetrouwbare en/of openbare netwerken.
Nu kent de API-server het eindpunt en brengt de verbinding tot stand:
// Connect returns a handler for the pod exec proxy
func (r *ExecREST) Connect(ctx context.Context, name string, opts runtime.Object, responder rest.Responder) (http.Handler, error) {
execOpts, ok := opts.(*api.PodExecOptions)
if !ok {
return nil, fmt.Errorf("invalid options object: %#v", opts)
}
location, transport, err := pod.ExecLocation(r.Store, r.KubeletConn, ctx, name, execOpts)
if err != nil {
return nil, err
}
return newThrottledUpgradeAwareProxyHandler(location, transport, false, true, true, responder), nil
}
Laten we eens kijken wat er gebeurt op het hoofdknooppunt.
Eerst ontdekken we het IP-adres van het werkknooppunt. In ons geval is dit 192.168.205.11:
// any machine
$ kubectl get nodes k8s-node-1 -o wide
NAME STATUS ROLES AGE VERSION INTERNAL-IP EXTERNAL-IP OS-IMAGE KERNEL-VERSION CONTAINER-RUNTIME
k8s-node-1 Ready <none> 9h v1.15.3 192.168.205.11 <none> Ubuntu 16.04.6 LTS 4.4.0-159-generic docker://17.3.3
Stel vervolgens de kubelet-poort in (in ons geval 10250):
// any machine
$ kubectl get nodes k8s-node-1 -o jsonpath='{.status.daemonEndpoints.kubeletEndpoint}'
map[Port:10250]
Nu is het tijd om het netwerk te controleren. Is er een verbinding met het werkknooppunt (192.168.205.11)? Het is! Als je een proces doodt exec, het zal verdwijnen, dus ik weet dat de verbinding tot stand is gebracht door de api-server als resultaat van de uitgevoerde exec-opdracht.
Maar wacht: hoe heeft Kubelet dit voor elkaar gekregen? De kubelet heeft een daemon die via de poort toegang biedt tot de API voor api-serververzoeken:
// Server is the library interface to serve the stream requests.
type Server interface {
http.Handler
// Get the serving URL for the requests.
// Requests must not be nil. Responses may be nil iff an error is returned.
GetExec(*runtimeapi.ExecRequest) (*runtimeapi.ExecResponse, error)
GetAttach(req *runtimeapi.AttachRequest) (*runtimeapi.AttachResponse, error)
GetPortForward(*runtimeapi.PortForwardRequest) (*runtimeapi.PortForwardResponse, error)
// Start the server.
// addr is the address to serve on (address:port) stayUp indicates whether the server should
// listen until Stop() is called, or automatically stop after all expected connections are
// closed. Calling Get{Exec,Attach,PortForward} increments the expected connection count.
// Function does not return until the server is stopped.
Start(stayUp bool) error
// Stop the server, and terminate any open connections.
Stop() error
}
Kubelet implementeert de interface RuntimeServiceClient, dat deel uitmaakt van de Container Runtime Interface (we schreven er bijvoorbeeld meer over, hier — ca. vert.):
Lange lijst van cri-api in kubernetes/kubernetes
// For semantics around ctx use and closing/ending streaming RPCs, please refer to https://godoc.org/google.golang.org/grpc#ClientConn.NewStream.
type RuntimeServiceClient interface {
// Version returns the runtime name, runtime version, and runtime API version.
Version(ctx context.Context, in *VersionRequest, opts ...grpc.CallOption) (*VersionResponse, error)
// RunPodSandbox creates and starts a pod-level sandbox. Runtimes must ensure
// the sandbox is in the ready state on success.
RunPodSandbox(ctx context.Context, in *RunPodSandboxRequest, opts ...grpc.CallOption) (*RunPodSandboxResponse, error)
// StopPodSandbox stops any running process that is part of the sandbox and
// reclaims network resources (e.g., IP addresses) allocated to the sandbox.
// If there are any running containers in the sandbox, they must be forcibly
// terminated.
// This call is idempotent, and must not return an error if all relevant
// resources have already been reclaimed. kubelet will call StopPodSandbox
// at least once before calling RemovePodSandbox. It will also attempt to
// reclaim resources eagerly, as soon as a sandbox is not needed. Hence,
// multiple StopPodSandbox calls are expected.
StopPodSandbox(ctx context.Context, in *StopPodSandboxRequest, opts ...grpc.CallOption) (*StopPodSandboxResponse, error)
// RemovePodSandbox removes the sandbox. If there are any running containers
// in the sandbox, they must be forcibly terminated and removed.
// This call is idempotent, and must not return an error if the sandbox has
// already been removed.
RemovePodSandbox(ctx context.Context, in *RemovePodSandboxRequest, opts ...grpc.CallOption) (*RemovePodSandboxResponse, error)
// PodSandboxStatus returns the status of the PodSandbox. If the PodSandbox is not
// present, returns an error.
PodSandboxStatus(ctx context.Context, in *PodSandboxStatusRequest, opts ...grpc.CallOption) (*PodSandboxStatusResponse, error)
// ListPodSandbox returns a list of PodSandboxes.
ListPodSandbox(ctx context.Context, in *ListPodSandboxRequest, opts ...grpc.CallOption) (*ListPodSandboxResponse, error)
// CreateContainer creates a new container in specified PodSandbox
CreateContainer(ctx context.Context, in *CreateContainerRequest, opts ...grpc.CallOption) (*CreateContainerResponse, error)
// StartContainer starts the container.
StartContainer(ctx context.Context, in *StartContainerRequest, opts ...grpc.CallOption) (*StartContainerResponse, error)
// StopContainer stops a running container with a grace period (i.e., timeout).
// This call is idempotent, and must not return an error if the container has
// already been stopped.
// TODO: what must the runtime do after the grace period is reached?
StopContainer(ctx context.Context, in *StopContainerRequest, opts ...grpc.CallOption) (*StopContainerResponse, error)
// RemoveContainer removes the container. If the container is running, the
// container must be forcibly removed.
// This call is idempotent, and must not return an error if the container has
// already been removed.
RemoveContainer(ctx context.Context, in *RemoveContainerRequest, opts ...grpc.CallOption) (*RemoveContainerResponse, error)
// ListContainers lists all containers by filters.
ListContainers(ctx context.Context, in *ListContainersRequest, opts ...grpc.CallOption) (*ListContainersResponse, error)
// ContainerStatus returns status of the container. If the container is not
// present, returns an error.
ContainerStatus(ctx context.Context, in *ContainerStatusRequest, opts ...grpc.CallOption) (*ContainerStatusResponse, error)
// UpdateContainerResources updates ContainerConfig of the container.
UpdateContainerResources(ctx context.Context, in *UpdateContainerResourcesRequest, opts ...grpc.CallOption) (*UpdateContainerResourcesResponse, error)
// ReopenContainerLog asks runtime to reopen the stdout/stderr log file
// for the container. This is often called after the log file has been
// rotated. If the container is not running, container runtime can choose
// to either create a new log file and return nil, or return an error.
// Once it returns error, new container log file MUST NOT be created.
ReopenContainerLog(ctx context.Context, in *ReopenContainerLogRequest, opts ...grpc.CallOption) (*ReopenContainerLogResponse, error)
// ExecSync runs a command in a container synchronously.
ExecSync(ctx context.Context, in *ExecSyncRequest, opts ...grpc.CallOption) (*ExecSyncResponse, error)
// Exec prepares a streaming endpoint to execute a command in the container.
Exec(ctx context.Context, in *ExecRequest, opts ...grpc.CallOption) (*ExecResponse, error)
// Attach prepares a streaming endpoint to attach to a running container.
Attach(ctx context.Context, in *AttachRequest, opts ...grpc.CallOption) (*AttachResponse, error)
// PortForward prepares a streaming endpoint to forward ports from a PodSandbox.
PortForward(ctx context.Context, in *PortForwardRequest, opts ...grpc.CallOption) (*PortForwardResponse, error)
// ContainerStats returns stats of the container. If the container does not
// exist, the call returns an error.
ContainerStats(ctx context.Context, in *ContainerStatsRequest, opts ...grpc.CallOption) (*ContainerStatsResponse, error)
// ListContainerStats returns stats of all running containers.
ListContainerStats(ctx context.Context, in *ListContainerStatsRequest, opts ...grpc.CallOption) (*ListContainerStatsResponse, error)
// UpdateRuntimeConfig updates the runtime configuration based on the given request.
UpdateRuntimeConfig(ctx context.Context, in *UpdateRuntimeConfigRequest, opts ...grpc.CallOption) (*UpdateRuntimeConfigResponse, error)
// Status returns the status of the runtime.
Status(ctx context.Context, in *StatusRequest, opts ...grpc.CallOption) (*StatusResponse, error)
}
Container Runtime is verantwoordelijk voor de implementatie RuntimeServiceServer:
Lange lijst van cri-api in kubernetes/kubernetes
// RuntimeServiceServer is the server API for RuntimeService service.
type RuntimeServiceServer interface {
// Version returns the runtime name, runtime version, and runtime API version.
Version(context.Context, *VersionRequest) (*VersionResponse, error)
// RunPodSandbox creates and starts a pod-level sandbox. Runtimes must ensure
// the sandbox is in the ready state on success.
RunPodSandbox(context.Context, *RunPodSandboxRequest) (*RunPodSandboxResponse, error)
// StopPodSandbox stops any running process that is part of the sandbox and
// reclaims network resources (e.g., IP addresses) allocated to the sandbox.
// If there are any running containers in the sandbox, they must be forcibly
// terminated.
// This call is idempotent, and must not return an error if all relevant
// resources have already been reclaimed. kubelet will call StopPodSandbox
// at least once before calling RemovePodSandbox. It will also attempt to
// reclaim resources eagerly, as soon as a sandbox is not needed. Hence,
// multiple StopPodSandbox calls are expected.
StopPodSandbox(context.Context, *StopPodSandboxRequest) (*StopPodSandboxResponse, error)
// RemovePodSandbox removes the sandbox. If there are any running containers
// in the sandbox, they must be forcibly terminated and removed.
// This call is idempotent, and must not return an error if the sandbox has
// already been removed.
RemovePodSandbox(context.Context, *RemovePodSandboxRequest) (*RemovePodSandboxResponse, error)
// PodSandboxStatus returns the status of the PodSandbox. If the PodSandbox is not
// present, returns an error.
PodSandboxStatus(context.Context, *PodSandboxStatusRequest) (*PodSandboxStatusResponse, error)
// ListPodSandbox returns a list of PodSandboxes.
ListPodSandbox(context.Context, *ListPodSandboxRequest) (*ListPodSandboxResponse, error)
// CreateContainer creates a new container in specified PodSandbox
CreateContainer(context.Context, *CreateContainerRequest) (*CreateContainerResponse, error)
// StartContainer starts the container.
StartContainer(context.Context, *StartContainerRequest) (*StartContainerResponse, error)
// StopContainer stops a running container with a grace period (i.e., timeout).
// This call is idempotent, and must not return an error if the container has
// already been stopped.
// TODO: what must the runtime do after the grace period is reached?
StopContainer(context.Context, *StopContainerRequest) (*StopContainerResponse, error)
// RemoveContainer removes the container. If the container is running, the
// container must be forcibly removed.
// This call is idempotent, and must not return an error if the container has
// already been removed.
RemoveContainer(context.Context, *RemoveContainerRequest) (*RemoveContainerResponse, error)
// ListContainers lists all containers by filters.
ListContainers(context.Context, *ListContainersRequest) (*ListContainersResponse, error)
// ContainerStatus returns status of the container. If the container is not
// present, returns an error.
ContainerStatus(context.Context, *ContainerStatusRequest) (*ContainerStatusResponse, error)
// UpdateContainerResources updates ContainerConfig of the container.
UpdateContainerResources(context.Context, *UpdateContainerResourcesRequest) (*UpdateContainerResourcesResponse, error)
// ReopenContainerLog asks runtime to reopen the stdout/stderr log file
// for the container. This is often called after the log file has been
// rotated. If the container is not running, container runtime can choose
// to either create a new log file and return nil, or return an error.
// Once it returns error, new container log file MUST NOT be created.
ReopenContainerLog(context.Context, *ReopenContainerLogRequest) (*ReopenContainerLogResponse, error)
// ExecSync runs a command in a container synchronously.
ExecSync(context.Context, *ExecSyncRequest) (*ExecSyncResponse, error)
// Exec prepares a streaming endpoint to execute a command in the container.
Exec(context.Context, *ExecRequest) (*ExecResponse, error)
// Attach prepares a streaming endpoint to attach to a running container.
Attach(context.Context, *AttachRequest) (*AttachResponse, error)
// PortForward prepares a streaming endpoint to forward ports from a PodSandbox.
PortForward(context.Context, *PortForwardRequest) (*PortForwardResponse, error)
// ContainerStats returns stats of the container. If the container does not
// exist, the call returns an error.
ContainerStats(context.Context, *ContainerStatsRequest) (*ContainerStatsResponse, error)
// ListContainerStats returns stats of all running containers.
ListContainerStats(context.Context, *ListContainerStatsRequest) (*ListContainerStatsResponse, error)
// UpdateRuntimeConfig updates the runtime configuration based on the given request.
UpdateRuntimeConfig(context.Context, *UpdateRuntimeConfigRequest) (*UpdateRuntimeConfigResponse, error)
// Status returns the status of the runtime.
Status(context.Context, *StatusRequest) (*StatusResponse, error)
}
API Server kan ook een verbinding met de kubelet initialiseren.
De volgende verbindingen blijven bestaan totdat de interactieve exec-sessie eindigt:
tussen kubectl en api-server;
tussen api-server en kubectl;
tussen de kubelet en de containerruntime.
Kubectl of api-server kan niets uitvoeren op werkknooppunten. De Kubelet kan draaien, maar werkt ook samen met de containerruntime om die dingen te doen.