【編者按】openshift底層是通過kubelet來管理pod，kubelet通過CNI外掛來配置pod網路.openshift node節點在啟動的時會在一個goroutine中啟動kubelet, 由kubelet來負責pod的管理工作。

本文主要從原始碼的角度入手，簡單分析在openshift環境下kubelet是如何通過呼叫openshift sdn外掛來配置pod網路。

上一節分析了openshift-sdn外掛是如何配置Pod網路的，本節分析openshift-sdn外掛獲取Pod IP時cniServer的處理流程。

CNIServer流程

在上面的分析中我們知道，openshift-sdn外掛是通過方法doCNIServerAdd向cniserver來請求IP的，那cniserver是如何處理請求的呢？我們先來看cniServer的邏輯。
cniServer的定義位於openshit程式碼庫的pkg/network/node/cniserver/cniserver.go檔案，定義如下：

1type CNIServer struct {
2    http.Server
3    requestFunc cniRequestFunc
4    rundir      string
5    config      *Config
6}

它包括了一個http server,以及一個處理請求的handler cniRequestFunc， 還有一些配置相關的欄位。
cniSever的構造器方法位於pkg/network/node/cniserver/cniserver.go#L120， 內容如下：

 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}
 

從上面第13行的程式碼可以看出，該server只處理一條POST方法的路由，處理請求的handler是handleCNIRequest這個方法，該方法的定義位於                        pkg/network/node/cniserver/cniserver.go#L277,內容如下：

 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}
 

從第11行可以看出，該方法又是呼叫requestFunc這個方法來處理請求，請求結束後通過w.Write或者是http.Error返回呼叫者的response。requestFunc是在cniserver的Start的方法中傳入的，傳入的實際上是podManager的handleCNIRequest方法，該方法位於檔案pkg/network/node/pod.go#L25，內容如下：

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行該方法先通過addRequest方法把請求放到一個佇列裡面，然後呼叫第6行的waitRequest等待請求執行完成。
addRequest定義位於pkg/network/node/pod.go#L240， 內容如下：

1// Add a request to the podManager CNI request queue
2func (m *podManager) addRequest(request *cniserver.PodRequest) {
3    m.requests <- request
4}

可以看出請求被放到了m.requests這個channel裡面，也就是在這裡用channel做的佇列。
waitRequest是從一個channel裡取出結果，定義位於pkg/network/node/pod.go#L245，內容如下:

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}

剛才說了addRequest會把請求放到m.requests這個佇列裡面，那佇列裡的請求是如何被執行的呢？答案就是podManager在啟動時會在一個gorotine裡呼叫processCNIRequests這個方法，該方法會迴圈的從m.requests這個channel裡面取出請求執行。processCNIRequests定義位於pkg/network/node/pod.go#L286，內容如下：

 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}

可以看出該方法通過一個for迴圈不斷的從m.requests裡面取出請求，然後呼叫processRequest方法來處理請求，最後把處理的結果在放到request.Result裡面由上面的waitRequest來獲取。
我們來分析processRequest方法的執行邏輯，該方法定義位於pkg/network/node/pod.go#L296，內容如下:

 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}

可以看出該方法針對request.Command的三種不同取值有三部分邏輯來分別處理，我們重點分析Command等於cniserver.CNI_ADD時的邏輯，也就是前面呼叫openshift-sdn時傳遞ADD引數的處理邏輯。在Command等於cniserver.CNI_ADD部分的程式碼主要是呼叫第9行的podHandler的setup方法，該方法的定義位於pkg/network/node/pod.go#L497，內容如下：

 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}

該方法的主要邏輯有兩個，一是第10行呼叫m.ipamAdd獲取IP，這裡涉及到IPAM，後面單獨分析；另一個是第49行呼叫ovs.SetUpPod設定OVS規則，後面也會單獨分析。

至此，openshfit-sdn請求IP時cniServer的處理流程分析結束，下節我們分析cniServer如何呼叫IPAM外掛來管理IP。

上面分析了openshfit-sdn請求IP時cniServer的處理流程，這一節我們分析cniServer呼叫IPAM外掛來管理IP的邏輯。

IPAM

cniServer是呼叫IPAM外掛host-local來做IP管理的，該外掛位於/opt/cni/bin目錄，是一個預編譯的二進位制可執行程式。本節將從IP的分配和釋放兩方面來分析cniServer跟host-local的互動流程。

IP分配

前面章節說了cniServer是呼叫了podManager的ipamAdd方法來獲取IP的，那它又是如何同host-local外掛互動的呢，我們來展開分析。
ipamAdd方法的定義位於pkg/network/node/pod.go#L422， 內容如下：

 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}

上面程式碼第7行先通過createIPAMArgs方法構建一個引數變數args，變數定義如下：

1struct {
2    Command string
3    ContainerID string
4    NetNS string
5    PluginArgs [][2]string
6    PluginArgsStr string
7    IfName string
8    Path string
9}

構建後的變數的Command的值是“ADD”，這樣在呼叫host-local時就會執行ADD相關的操作。
第8行通過invoke.ExecPluginWithResult來呼叫執行host-local外掛，傳入了上面建立的引數變數args，同時傳入了一個變數ipamConfig，ipamConfig裡面包含了pod所在node的子網相關配置以及一些host-local外掛的配置，內容類似如下：

 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}

呼叫host-local類似如下命令:

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

呼叫返回的resut的值類似:

1{
2    "ips":[
3        {
4            "version":"4",
5            "address":"203.0.113.2/24",
6            "gateway":"203.0.113.1"
7        }
8    ]
9}

獲取的IP資訊以及閘道器資訊在上面程式碼的第22行返回給呼叫者，也就是第三節中分析的podManager的setup方法的第10行。

IP釋放

當cniServer接收到釋放IP的請求時，會呼叫podManager的ipamDel方法，定義位於pkg/network/node/pod.go#L445，內容如下：

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}

該方法的邏輯跟ipamAdd一樣，都是通過呼叫host-local外掛來完成相應的操作，不同的是該方法在呼叫時傳入了一個Command等於CNI_DEL的args，這樣在呼叫host-local時就會執行IP釋放的相關操作。

host-local會把所有已經分配過的IP記錄到本地，也就是ipamConfig配置的dataDir目錄下，在openshit環境下是記錄到/var/lib/cni/networks/openshift-sdn目錄下。目錄下的內容類似如下：

1[[email protected] ~]# ls /var/lib/cni/networks/openshift-sdn
210.128.0.114  10.128.0.116  last_reserved_ip.0
3[[email protected] ~]#

上面列出的每一個以ip命名的檔案都代表一個已經分配的IP，它的內容是該IP所在的pod的ID. 內容類似如下：

1[[email protected] ~]# cat /var/lib/cni/networks/openshift-sdn/10.128.0.114
27a1c2e242c2a2d750382837b81283952ad9878ae496195560f9854935d7e4d31[[email protected] ~]#

當分配IP時，host-local會在該目錄下新增一條記錄，釋放IP時會刪除相應的記錄。

關於host-local的邏輯不再作分析，後面會有單獨的章節來分析，有興趣的可以看看原始碼，位於https://github.com/containernetworking/plugins/tree/master/plugins/ipam/host-local程式碼庫下。

至此，IPAM的邏輯分析結束，下一節我們分析cniServer是如何呼叫ovs controller來設定Pod ovs規則。

上面我們分析了cniServer是如何通過IPAM外掛來管理IP，本節主要分析cniServer是如何通過ovs controller設定pod相關的ovs規則。

OVS規則設定

openshift底層的網路用的是ovs, 那麼在配置好pod IP之後，又是如何設定跟pod相關的ovs規則的呢？下面作一分析。
openshift node在啟動時會建立一個ovs controller,由它來完成ovs網路配置的各種操作。在第三節我們分析過，cniServer是通過呼叫ovs controller的SetUpPod方法來設定pod ovs規則，呼叫的程式碼位於: pkg/network/node/pod.go#L544， 內容如下：

1ofport, err := m.ovs.SetUpPod(req.SandboxID, req.HostVeth, podIP, vnid)

SetUpPod的定義位於pkg/network/node/ovscontroller.go#L267，內容如下：

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}

在上面程式碼的第2行，SetUpPod又呼叫了ensureOvsPort這個方法，該方法的定義位於pkg/network/node/ovscontroller.go#L227，內容如下：

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}

如程式碼所示，該方法又呼叫了ovs的AddPort方法，我們再來分析AddPort方法。該方法的定義位於pkg/util/ovs/ovs.go#L31，內容如下：

 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}

分析上面的程式碼你會發現，AddPort實際上是呼叫了底層的ovs-vsctl命令將pod的host端的虛擬網絡卡加入到了ovs網橋br0上，這樣br0上的流量就可以通過該網絡卡進入pod了。該方法的呼叫類似於下面的命令列，假設pod host端的網絡卡是veth3258a5e2：

1ovs-vsctl --may-exist add-port br0 veth3258a5e2

接著回到SetUpPod方法，在第6行中呼叫了setupPodFlows來設定pod IP的ovs規則，該方法的定義位於pkg/network/node/ovscontroller.go#L233，內容如下：

 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:x:x:x: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}

在上面程式碼的第9行到第19行，分別呼叫了AddFlow來設定各種ovs規則，第9行到第10行設定了從pod出去的ARP/IP流量的規則，第16行設定了進入POD的ARP流量規則，第19行設定了進入POD的IP流量規則。 AddFlow實際上是呼叫了命令列工具ovs-ofctl來設定各種ovs規則。關於這些規則的詳細內容不再作分析，感興趣的同學可以自行研究。

至此，ovs規則的設定流程分析完畢，openshit pod網路配置的流程也全部分析完畢。