簡介：OpenKruise 是阿里云開源的云原生應(yīng)用自動(dòng)化管理套件，也是當(dāng)前托管在 Cloud Native Computing Foundation (CNCF) 下的 Sandbox 項(xiàng)目。它來自阿里巴巴多年來容器化、云原生的技術(shù)沉淀，是阿里內(nèi)部生產(chǎn)環(huán)境大規(guī)模應(yīng)用的基于 Kubernetes 之上的標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展組件，也是緊貼上游社區(qū)標(biāo)準(zhǔn)、適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模化場景的技術(shù)理念與最佳實(shí)踐。

作者 | 王思宇（酒祝）
Photo Creidt@ 王思宇（酒祝）

背景

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OpenKruise 是阿里云開源的云原生應(yīng)用自動(dòng)化管理套件，也是當(dāng)前托管在 Cloud Native Computing Foundation (CNCF) 下的 Sandbox 項(xiàng)目。它來自阿里巴巴多年來容器化、云原生的技術(shù)沉淀，是阿里內(nèi)部生產(chǎn)環(huán)境大規(guī)模應(yīng)用的基于 Kubernetes 之上的標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展組件，也是緊貼上游社區(qū)標(biāo)準(zhǔn)、適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模化場景的技術(shù)理念與最佳實(shí)踐。
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OpenKruise 在 2021 年 5 月 20 日發(fā)布了最新的 v0.9.0 版本（ChangeLog?），新增了 Pod 容器重啟、資源級聯(lián)刪除防護(hù)等重磅功能，本文以下對新版本做整體的概覽介紹。
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Pod 容器重啟/重建

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“重啟” 是一個(gè)很樸素的需求，即使日常運(yùn)維的訴求，也是技術(shù)領(lǐng)域較為常見的 “恢復(fù)手段”。而在原生的 Kubernetes 中，并沒有提供任何對容器粒度的操作能力，Pod 作為最小操作單元也只有創(chuàng)建、刪除兩種操作方式。
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有的同學(xué)可能會問，在云原生時(shí)代，為什么用戶還要關(guān)注容器重啟這種運(yùn)維操作呢？在理想的 Serverless 模式下，業(yè)務(wù)只需要關(guān)心服務(wù)自身就好吧？
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這來自于云原生架構(gòu)和過去傳統(tǒng)基礎(chǔ)基礎(chǔ)設(shè)施的差異性。在傳統(tǒng)的物理機(jī)、虛擬機(jī)時(shí)代，一臺機(jī)器上往往會部署和運(yùn)行多個(gè)應(yīng)用的實(shí)例，并且機(jī)器和應(yīng)用的生命周期是不同的；在這種情況下，應(yīng)用實(shí)例的重啟可能僅僅是一條 systemctl 或 supervisor 之類的指令，而無需將整個(gè)機(jī)器重啟。然而，在容器與云原生模式下，應(yīng)用的生命周期是和 Pod 容器綁定的；即常規(guī)情況下，一個(gè)容器只運(yùn)行一個(gè)應(yīng)用進(jìn)程，一個(gè) Pod 也只提供一個(gè)應(yīng)用實(shí)例的服務(wù)。
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基于上述的限制，目前原生 Kubernetes 之下是沒有 API 來為上層業(yè)務(wù)提供容器（應(yīng)用）重啟能力的。而 Kruise v0.9.0 版本提供了一種單 Pod 維度的容器重啟能力，兼容 1.16 及以上版本的標(biāo)準(zhǔn) Kubernetes 集群。在安裝或升級 Kruise? 之后，只需要?jiǎng)?chuàng)建 ContainerRecreateRequest（簡稱 CRR） 對象來指定重啟，最簡單的 YAML 如下：

apiVersion: apps.kruise.io/v1alpha1 kind: ContainerRecreateRequest metadata:namespace: pod-namespacename: xxx spec:podName: pod-namecontainers:- name: app- name: sidecar

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其中，namespace 需要與要操作的 Pod 在同一個(gè)命名空間，name 可自選。spec 中 podName 是 Pod 名字，containers 列表則可以指定 Pod 中一個(gè)或多個(gè)容器名來執(zhí)行重啟。
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除了上述必選字段外，CRR 還提供了多種可選的重啟策略：
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spec:# ...strategy:failurePolicy: FailorderedRecreate: falseterminationGracePeriodSeconds: 30unreadyGracePeriodSeconds: 3minStartedSeconds: 10activeDeadlineSeconds: 300ttlSecondsAfterFinished: 1800

• failurePolicy：Fail 或 Ignore，默認(rèn) Fail；表示一旦有某個(gè)容器停止或重建失敗，CRR 立即結(jié)束。
• orderedRecreate：默認(rèn) false；true 表示列表有多個(gè)容器時(shí)，等前一個(gè)容器重建完成了，再開始重建下一個(gè)。
• terminationGracePeriodSeconds：等待容器優(yōu)雅退出的時(shí)間，不填默認(rèn)用 Pod 中定義的時(shí)間。

• unreadyGracePeriodSeconds：在重建之前先把 Pod 設(shè)為 not ready，并等待這段時(shí)間后再開始執(zhí)行重建。

  • 注：該功能依賴于 KruisePodReadinessGate 這個(gè) feature-gate 要打開，后者會在每個(gè) Pod 創(chuàng)建的時(shí)候注入一個(gè) readinessGate。否則，默認(rèn)只會給 Kruise workload 創(chuàng)建的 Pod 注入 readinessGate，也就是說只有這些 Pod 才能在 CRR 重建時(shí)使用 unreadyGracePeriodSeconds。
• minStartedSeconds：重建后新容器至少保持運(yùn)行這段時(shí)間，才認(rèn)為該容器重建成功。
• activeDeadlineSeconds：如果 CRR 執(zhí)行超過這個(gè)時(shí)間，則直接標(biāo)記為結(jié)束（未完成的容器標(biāo)記為失敗）。
• ttlSecondsAfterFinished：CRR 結(jié)束后，過了這段時(shí)間自動(dòng)被刪除掉。

實(shí)現(xiàn)原理：當(dāng)用戶創(chuàng)建了 CRR 后，經(jīng)過了 kruise-manager 中心端的初步處理，會被 Pod 所在節(jié)點(diǎn)上的 kruise-daemon 收到并開始執(zhí)行。執(zhí)行的過程如下：
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如果 Pod 容器定義了 preStop，kruise-daemon 會先走 CRI 運(yùn)行時(shí) exec 到容器中執(zhí)行 preStop。

如果沒有 preStop 或執(zhí)行完成，kruise-daemon 調(diào)用 CRI 接口將容器停止。

kubelet 感知到容器退出，則會新建一個(gè) “序號” 遞增的新容器，并開始啟動(dòng)（以及執(zhí)行 postStart）。

kruise-daemon 感知到新容器啟動(dòng)成功，上報(bào) CRR 重啟完成。

上述的容器 “序號” 其實(shí)就對應(yīng)了 Pod status 中 kubelet 上報(bào)的 restartCount。因此，在容器重啟后會看到 Pod 的 restartCount 增加。另外，因?yàn)槿萜靼l(fā)生了重建，之前臨時(shí)寫到舊容器 rootfs 中的文件會丟失，但是 volume mount 掛載卷中的數(shù)據(jù)仍然存在。
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級聯(lián)刪除防護(hù)

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Kubernetes 的面向終態(tài)自動(dòng)化是一把 “雙刃劍”，它既為應(yīng)用帶來了聲明式的部署能力，同時(shí)也潛在地會將一些誤操作行為被終態(tài)化放大。例如它的 “級聯(lián)刪除” 機(jī)制，即正常情況（非 orphan 刪除）下一旦父類資源被刪除，則所有子類資源都會被關(guān)聯(lián)刪除：
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刪除一個(gè) CRD，其所有對應(yīng)的 CR 都被清理掉。

刪除一個(gè) namespace，這個(gè)命名空間下包括 Pod 在內(nèi)所有資源都被一起刪除。

刪除一個(gè) workload（Deployment/StatefulSet/...），則下屬所有 Pod 被刪除。

類似這種 “級聯(lián)刪除” 帶來的故障，我們已經(jīng)聽到不少社區(qū) K8s 用戶和開發(fā)者帶來的抱怨。對于任何一家企業(yè)來說，其生產(chǎn)環(huán)境發(fā)生這種規(guī)模誤刪除都是不可承受之痛，阿里巴巴也不例外。
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因此，在 Kruise v0.9.0 版本中，我們將阿里內(nèi)部所做的防級聯(lián)刪除能力輸出到社區(qū)，期望能為更多的用戶帶來穩(wěn)定性保障。在當(dāng)前版本中如果需要使用該功能，則在安裝或升級 Kruise 的時(shí)候需要顯式打開 ResourcesDeletionProtection 這個(gè) feature-gate。
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對于需要防護(hù)刪除的資源對象，用戶可以給其打上 policy.kruise.io/delete-protection 標(biāo)簽，value 可以有兩種：
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• Always: 表示這個(gè)對象禁止被刪除，除非上述 label 被去掉。
• Cascading：這個(gè)對象如果還有可用的下屬資源，則禁止被刪除。

目前支持的資源類型、以及 cascading 級聯(lián)關(guān)系如下：
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CloneSet 新增功能

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1. 刪除優(yōu)先級

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controller.kubernetes.io/pod-deletion-cost? 是從 Kubernetes 1.21 版本后加入的 annotation，ReplicaSet 在縮容時(shí)會參考這個(gè) cost 數(shù)值來排序。CloneSet 從 Kruise v0.9.0 版本后也同樣支持了這個(gè)功能。
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用戶可以把這個(gè) annotation 配置到 pod 上，它的 value 數(shù)值是 int 類型，表示這個(gè) pod 相較于同個(gè) CloneSet 下其他 pod 的 "刪除代價(jià)"，代價(jià)越小的 pod 刪除優(yōu)先級相對越高。沒有設(shè)置這個(gè) annotation 的 pod 默認(rèn) deletion cost 是 0。
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注意這個(gè)刪除順序并不是強(qiáng)制保證的，因?yàn)檎鎸?shí)的 pod 的刪除類似于下述順序：
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未調(diào)度 < 已調(diào)度

PodPending < PodUnknown < PodRunning

Not ready < ready

較小 pod-deletion cost < 較大 pod-deletion cost

處于 Ready 時(shí)間較短 < 較長

容器重啟次數(shù)較多 < 較少

創(chuàng)建時(shí)間較短 < 較長

2. 配合原地升級的鏡像預(yù)熱

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當(dāng)使用 CloneSet 做應(yīng)用原地升級時(shí)，只會升級容器鏡像、而 Pod 不會發(fā)生重建。這就保證了 Pod 升級前后所在 node 不會發(fā)生變化，從而在原地升級的過程中，如果 CloneSet 提前在所有 Pod 節(jié)點(diǎn)上先把新版本鏡像拉取好，則在后續(xù)的發(fā)布批次中 Pod 原地升級速度會得到大幅度提高。
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在當(dāng)前版本中如果需要使用該功能，則在安裝或升級 Kruise 的時(shí)候需要顯式打開 PreDownloadImageForInPlaceUpdate 這個(gè) feature-gate。打開后，當(dāng)用戶更新了 CloneSet template 中的鏡像、且發(fā)布策略支持原地升級，則 CloneSet 會自動(dòng)為這個(gè)新鏡像創(chuàng)建 ImagePullJob 對象（OpenKruise 提供的批量鏡像預(yù)熱功能），來提前在 Pod 所在節(jié)點(diǎn)上預(yù)熱新鏡像。
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默認(rèn)情況下 CloneSet 給 ImagePullJob 配置的并發(fā)度是 1，也就是一個(gè)個(gè)節(jié)點(diǎn)拉鏡像。如果需要調(diào)整，你可以在 CloneSet annotation 上設(shè)置其鏡像預(yù)熱時(shí)的并發(fā)度：
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apiVersion: apps.kruise.io/v1alpha1 kind: CloneSet metadata:annotations:apps.kruise.io/image-predownload-parallelism: "5"

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3. 先擴(kuò)再縮的 Pod 置換方式

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在過去版本中，CloneSet 的 maxUnavailable、maxSurge 策略只對應(yīng)用發(fā)布過程生效。而從 Kruise v0.9.0 版本開始，這兩個(gè)策略同樣會對 Pod 指定刪除生效。
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也就是說，當(dāng)用戶通過 podsToDelete 或 apps.kruise.io/specified-delete: true 方式（具體見官網(wǎng)文檔）來指定一個(gè)或多個(gè) Pod 期望刪除時(shí)，CloneSet 只會在當(dāng)前不可用 Pod 數(shù)量（相對于 replicas 總數(shù)）小于 maxUnavailable 的時(shí)候才執(zhí)行刪除。同時(shí)，如果用戶配置了 maxSurge 策略，則 CloneSet 有可能會先創(chuàng)建一個(gè)新 Pod、等待新 Pod ready、再刪除指定的舊 Pod。
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具體采用什么樣的置換方式，取決于當(dāng)時(shí)的 maxUnavailable 和實(shí)際不可用 Pod 數(shù)量。比如：
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• 對于一個(gè) CloneSet maxUnavailable=2, maxSurge=1 且有一個(gè) pod-a 處于不可用狀態(tài)， 如果你對另一個(gè) pod-b 指定刪除， 那么 CloneSet 會立即刪除它，然后創(chuàng)建一個(gè)新 Pod。
• 對于一個(gè) CloneSet maxUnavailable=1, maxSurge=1 且有一個(gè) pod-a 處于不可用狀態(tài)， 如果你對另一個(gè) pod-b 指定刪除， 那么 CloneSet 會先新建一個(gè) Pod、等待它 ready，最后再刪除 pod-b。
• 對于一個(gè) CloneSet maxUnavailable=1, maxSurge=1 且有一個(gè) pod-a 處于不可用狀態(tài)， 如果你對這個(gè) pod-a 指定刪除， 那么 CloneSet 會立即刪除它，然后創(chuàng)建一個(gè)新 Pod。
• ...

4. 基于 partition 終態(tài)的高效回滾

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在原生的 workload 中，Deployment 自身發(fā)布不支持灰度發(fā)布，StatefulSet 有 partition 語義來允許用戶控制灰度升級的數(shù)量；而 Kruise workload 如 CloneSet、Advanced StatefulSet，也都提供了 partition 來支持灰度分批。
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對于 CloneSet，Partition 的語義是保留舊版本 Pod 的數(shù)量或百分比。比如說一個(gè) 100 個(gè)副本的 CloneSet，在升級鏡像時(shí)將 partition 數(shù)值階段性改為 80 -> 60 -> 40 -> 20 -> 0，則完成了分 5 批次發(fā)布。
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但過去，不管是 Deployment、StatefulSet 還是 CloneSet，在發(fā)布的過程中如果想要回滾，都必須將 template 信息（鏡像）重新改回老版本。后兩者在灰度的過程中，將 partition 調(diào)小會觸發(fā)舊版本升級為新版本，但再次 partition 調(diào)大則不會處理。
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從 v0.9.0 版本開始，CloneSet 的 partition 支持了 “終態(tài)回滾” 功能。如果在安裝或升級 Kruise 的時(shí)候打開了 CloneSetPartitionRollback 這個(gè) feature-gate，則當(dāng)用戶將 partition 調(diào)大時(shí)，CloneSet 會將對應(yīng)數(shù)量的新版本 Pod 重新回滾到老版本。
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這樣帶來的好處是顯而易見的：在灰度發(fā)布的過程中，只需要前后調(diào)節(jié) partition 數(shù)值，就能靈活得控制新舊版本的比例數(shù)量。但需要注意的是，CloneSet 所依據(jù)的 “新舊版本” 對應(yīng)的是其 status 中的 updateRevision 和 currentRevision：
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• updateRevision：對應(yīng)當(dāng)前 CloneSet 所定義的 template 版本。
• currentRevision：該 CloneSet 前一次全量發(fā)布成功的 template 版本。

5. 短 hash

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默認(rèn)情況下，CloneSet 在 Pod label 中設(shè)置的 controller-revision-hash 值為 ControllerRevision 的完整名字，比如：

apiVersion: v1 kind: Pod metadata:labels:controller-revision-hash: demo-cloneset-956df7994

它是通過 CloneSet 名字和 ControllerRevision hash 值拼接而成。通常 hash 值長度為 8~10 個(gè)字符，而 Kubernetes 中的 label 值不能超過 63 個(gè)字符。因此 CloneSet 的名字一般是不能超過 52 個(gè)字符的，如果超過了，則無法成功創(chuàng)建出 Pod。
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在 v0.9.0 版本引入了 CloneSetShortHash 新的 feature-gate。如果它被打開，CloneSet 只會將 Pod 中的 controller-revision-hash 的值只設(shè)置為 hash 值，比如 956df7994，因此 CloneSet 名字的長度不會有任何限制了。（即使啟用該功能，CloneSet 仍然會識別和管理過去存量的 revision label 為完整格式的 Pod。）
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SidecarSet

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sidecar 熱升級功能

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SidecarSet 是 Kruise 提供的獨(dú)立管理 sidecar 容器的 workload。用戶可以通過 SidecarSet，來在一定范圍的 Pod 中注入和升級指定的 sidecar 容器。
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默認(rèn)情況下，sidecar 的獨(dú)立原地升級是先停止舊版本的容器，然后創(chuàng)建新版本的容器。這種方式更加適合不影響Pod服務(wù)可用性的sidecar容器，比如說日志收集 agent，但是對于很多代理或運(yùn)行時(shí)的 sidecar 容器，例如 Istio Envoy，這種升級方法就有問題了。Envoy 作為 Pod 中的一個(gè)代理容器，代理了所有的流量，如果直接重啟升級，Pod 服務(wù)的可用性會受到影響。如果需要單獨(dú)升級 envoy sidecar，就需要復(fù)雜的 grace 終止和協(xié)調(diào)機(jī)制。所以我們?yōu)檫@種 sidecar 容器的升級提供了一種新的解決方案，即熱升級（hot upgrade）。
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apiVersion: apps.kruise.io/v1alpha1 kind: SidecarSet spec:# ...containers:- name: nginx-sidecarimage: nginx:1.18lifecycle:postStart:exec:command:- /bin/bash- -c- /usr/local/bin/nginx-agent migrateupgradeStrategy:upgradeType: HotUpgradehotUpgradeEmptyImage: empty:1.0.0

• upgradeType: HotUpgrade代表該sidecar容器的類型是hot upgrade，將執(zhí)行熱升級方案hotUpgradeEmptyImage: 當(dāng)熱升級sidecar容器時(shí)，業(yè)務(wù)必須要提供一個(gè)empty容器用于熱升級過程中的容器切換。empty容器同sidecar容器具有相同的配置（除了鏡像地址），例如：command, lifecycle, probe等，但是它不做任何工作。
• lifecycle.postStart: 狀態(tài)遷移，該過程完成熱升級過程中的狀態(tài)遷移，該腳本需要由業(yè)務(wù)根據(jù)自身的特點(diǎn)自行實(shí)現(xiàn)，例如：nginx熱升級需要完成Listen FD共享以及流量排水（reload）。

具體 sidecar 注入和熱升級流程，請參考官網(wǎng)文檔。

最后

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了解上述能力的更多信息，可以訪問官網(wǎng)文檔。對 OpenKruise 感興趣的同學(xué)歡迎參與我們的社區(qū)建設(shè)，已經(jīng)使用了 OpenKruise 項(xiàng)目的用戶請?jiān)?issue? 中登記。
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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的【OpenKruise v0.9.0】新增 Pod 重启、删除防护等重磅功能的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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