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.Run和vm.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。

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