读读Pause容器源码
本文转载自微信公众号「董泽润的技术笔记」，作者董泽润。转载本文请联系董泽润的技术笔记公众号。
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都知道 k8s 的调度最小单位是 POD, 并且每个 POD 都有一个所谓的 Infra 容器 Pause, 负责初始化相关 namespace, 先于 POD 内其它容器起动。那么到底什么是 Pause 容器呢?长什么样?有什么作用?
分析源码
废话不多，直接上源码，来自官方 pause.c[1]
- #include
- #include
- #include
- #include
- #include
- #include
- #include
- #define STRINGIFY(x) #x
- #define VERSION_STRING(x) STRINGIFY(x)
- #ifndef VERSION
- #define VERSION HEAD
- #endif
- static void sigdown(int signo) {
- psignal(signo, "Shutting down, got signal");
- exit(0);
- }
- static void sigreap(int signo) {
- while (waitpid(-1, NULL, WNOHANG) > 0)
- ;
- }
- int main(int argc, char **argv) {
- int i;
- for (i = 1; i < argc; ++i) {
- if (!strcasecmp(argv[i], "-v")) {
- printf("pause.c %s\n", VERSION_STRING(VERSION));
- return 0;
- }
- }
- if (getpid() != 1)
- /* Not an error because pause sees use outside of infra containers. */
- fprintf(stderr, "Warning: pause should be the first process\n");
- if (sigaction(SIGINT, &(struct sigaction){.sa_handler = sigdown}, NULL) < 0)
- return 1;
- if (sigaction(SIGTERM, &(struct sigaction){.sa_handler = sigdown}, NULL) < 0)
- return 2;
- if (sigaction(SIGCHLD, &(struct sigaction){.sa_handler = sigreap,
- .sa_flags = SA_NOCLDSTOP},
- NULL) < 0)
- return 3;
- for (;;)
- pause();
- fprintf(stderr, "Error: infinite loop terminated\n");
- return 42;
- }
可以看到 Pause 容器做如下两件事情：
- 注册各种信号处理函数，主要处理两类信息：退出信号和 child 信号。收到 SIGINT 或是 SIGTERM 后，直接退出。收到 SIGCHLD 信号，调用 waitpid, 回收退出进程
- 主进程 for 循环调用 pause() 函数，使进程进入休眠状态，直到被终止或是收到信号
可疑的 waitpid
还是 c 的基础不够扎实，一直以为 waitpid 是父进程等待回收退出的子进程，但是真的这样嘛?
- zerun.dong$ man waitpid
- WAIT(2) BSD System Calls Manual WAIT(2)
- NAME
- wait, wait3, wait4, waitpid -- wait for process termination
- SYNOPSIS
- #include
在 mac 上查看 man 手册，wait for process termination 也确实这么写的。登到 ubuntu 18.04 查看一下
- :~# man waitpid
- WAIT(2) Linux Programmer's Manual WAIT(2)
- NAME
- wait, waitpid, waitid - wait for process to change state
对于 linux man 手册，就变成了 wait for process to change state 等待进程的状态变更!!!
- All of these system calls are used to wait for state changes in a child of the calling process, and obtain information about the child whose
- state has changed. A state change is considered to be: the child terminated; the child was stopped by a signal; or the child was resumed by
- a signal. In the case of a terminated child, performing a wait allows the system to release the resources associated with the child; if a
- wait is not performed, then the terminated child remains in a "zombie" state (see NOTES below).
并且还很贴心的提供了测试代码
- #include
- #include
- #include
- #include
- int main(int argc, char *argv[])
- {
- pid_t cpid, w;
- int wstatus;
- cpid = fork();
- if (cpid == -1) {
- perror("fork");
- exit(EXIT_FAILURE);
- }
- if (cpid == 0) { /* Code executed by child */
- printf("Child PID is %ld\n", (long) getpid());
- if (argc == 1)
- pause(); /* Wait for signals */
- _exit(atoi(argv[1]));
- } else { /* Code executed by parent */
- do {
- w = waitpid(cpid, &wstatus, WUNTRACED | WCONTINUED);
- if (w == -1) {
- perror("waitpid");
- exit(EXIT_FAILURE);
- }
- if (WIFEXITED(wstatus)) {
- printf("exited, status=%d\n", WEXITSTATUS(wstatus));
- } else if (WIFSIGNALED(wstatus)) {
- printf("killed by signal %d\n", WTERMSIG(wstatus));
- } else if (WIFSTOPPED(wstatus)) {
- printf("stopped by signal %d\n", WSTOPSIG(wstatus));
- } else if (WIFCONTINUED(wstatus)) {
- printf("continued\n");
- }
- } while (!WIFEXITED(wstatus) && !WIFSIGNALED(wstatus));
- exit(EXIT_SUCCESS);
- }
- }
子进程一直处于 pause 状态，而父进程则调用 waitpid 等待子进程状态变更。让我们开启一个 session 运行代码，另外一个 session 发送信号
- ~$ ./a.out
- Child PID is 70718
- stopped by signal 19
- continued
- stopped by signal 19
- continued
- ^C
- ~# ps aux | grep a.out
- zerun.d+ 70717 0.0 0.0 4512 744 pts/0 S+ 06:48 0:00 ./a.out
- zerun.d+ 70718 0.0 0.0 4512 72 pts/0 S+ 06:48 0:00 ./a.out
- root 71155 0.0 0.0 16152 1060 pts/1 S+ 06:49 0:00 grep --color=auto a.out
- ~#
- ~# kill -STOP 70718
- ~#
- ~# ps aux | grep a.out
- zerun.d+ 70717 0.0 0.0 4512 744 pts/0 S+ 06:48 0:00 ./a.out
- zerun.d+ 70718 0.0 0.0 4512 72 pts/0 T+ 06:48 0:00 ./a.out
- root 71173 0.0 0.0 16152 1060 pts/1 S+ 06:49 0:00 grep --color=auto a.out
- ~#
- ~# kill -CONT 70718
- ~#
- ~# ps aux | grep a.out
- zerun.d+ 70717 0.0 0.0 4512 744 pts/0 S+ 06:48 0:00 ./a.out
- zerun.d+ 70718 0.0 0.0 4512 72 pts/0 S+ 06:48 0:00 ./a.out
- root 71296 0.0 0.0 16152 1056 pts/1 R+ 06:49 0:00 grep --color=auto a.out
通过向子进程发送信号 STOP CONT 来控制进程。
看来不同操作系统，同名 c 函数行为是不太一样的。大惊小怪，就是菜:(
共享哪些 NS
一般提起 POD 就知道，同一个 POD 内的容器如果互相访问，只需调用 localhost 即可。如果把 k8s 集群想象成分布式操作系统，那么 POD 就是进程组的概念，一定要共享某些东西的，那么默认共享哪些 namespace 呢?
使用 minikube 搭建环境，先看一下 POD 定义文件
- apiVersion: v1
- kind: Pod
- metadata:
- name: nginx
- spec:
- shareProcessNamespace: true
- containers:
- - name: nginx
- image: nginx
- - name: shell
- image: busybox
- securityContext:
- capabilities:
- add:
- - SYS_PTRACE
- stdin: true
- tty: true
从 1.17 开始有参数 shareProcessNamespace 用来控制是否 POD 内共享 PID namespace, 1.18 之后默认是 false 的，如果有需求需要填写该字段。
- ~$ kubectl attach -it nginx -c shell
- If you don't see a command prompt, try pressing enter.
- / # ps aux
- PID USER TIME COMMAND
- 1 root 0:00 /pause
- 8 root 0:00 nginx: master process nginx -g daemon off;
- 41 101 0:00 nginx: worker process
- 42 root 0:00 sh
- 49 root 0:00 ps aux
attach 到 shell 容器中，可以看到该 POD 内所有进程，并且只有 pause 容器是 init 1 进程。
- / # kill -HUP 8
- / # ps aux
- PID USER TIME COMMAND
- 1 root 0:00 /pause
- 8 root 0:00 nginx: master process nginx -g daemon off;
- 42 root 0:00 sh
- 50 101 0:00 nginx: worker process
- 51 root 0:00 ps aux
测试给 nginx master 发送 HUP 信号，子进程重启。
如果不共享 PID ns, 那么每个容器内的进程 pid 都是 init 1 进程。共享 PID ns 有什么影响呢?参考这篇文章[2]
容器进程不再具有 PID 1。在没有 PID 1 的情况下，一些容器镜像拒绝启动(例如，使用 systemd 的容器)，或者拒绝执行 kill -HUP 1 之类的命令来通知容器进程。在具有共享进程命名空间的 pod 中，kill -HUP 1 将通知 pod 沙箱(在上面的例子中是 /pause)。
进程对 pod 中的其他容器可见。这包括 /proc 中可见的所有信息，例如作为参数或环境变量传递的密码。这些仅受常规 Unix 权限的保护。
容器文件系统通过 /proc/$pid/root 链接对 pod 中的其他容器可见。这使调试更加容易，但也意味着文件系统安全性只受文件系统权限的保护。
在宿主机查看 nginx, sh 的进程 id, 通过 /proc/pid/ns 查看 namespace id
- ~# ls -l /proc/140756/ns
- total 0
- lrwxrwxrwx 1 root root 0 May 6 09:08 cgroup -> 'cgroup:[4026531835]'
- lrwxrwxrwx 1 root root 0 May 6 09:08 ipc -> 'ipc:[4026532497]'
- lrwxrwxrwx 1 root root 0 May 6 09:08 mnt -> 'mnt:[4026532561]'
- lrwxrwxrwx 1 root root 0 May 6 09:08 net -> 'net:[4026532500]'
- lrwxrwxrwx 1 root root 0 May 6 09:08 pid -> 'pid:[4026532498]'
- lrwxrwxrwx 1 root root 0 May 6 09:08 pid_for_children -> 'pid:[4026532498]'
- lrwxrwxrwx 1 root root 0 May 6 09:08 user -> 'user:[4026531837]'
- lrwxrwxrwx 1 root root 0 May 6 09:08 uts -> 'uts:[4026532562]'
- ~# ls -l /proc/140879/ns
- total 0
- lrwxrwxrwx 1 root root 0 May 6 09:08 cgroup -> 'cgroup:[4026531835]'
- lrwxrwxrwx 1 root root 0 May 6 09:08 ipc -> 'ipc:[4026532497]'
- lrwxrwxrwx 1 root root 0 May 6 09:08 mnt -> 'mnt:[4026532563]'
- lrwxrwxrwx 1 root root 0 May 6 09:08 net -> 'net:[4026532500]'
- lrwxrwxrwx 1 root root 0 May 6 09:08 pid -> 'pid:[4026532498]'
- lrwxrwxrwx 1 root root 0 May 6 09:08 pid_for_children -> 'pid:[4026532498]'
- lrwxrwxrwx 1 root root 0 May 6 09:08 user -> 'user:[4026531837]'
- lrwxrwxrwx 1 root root 0 May 6 09:08 uts -> 'uts:[4026532564]'
可以看到这里共享了 cgroup, ipc, net, pid, user. 这里仅限于测试案例。
杀掉 Pause 容器
测试一下杀掉 Pause 容器的话，k8s 是如何处理 POD. 使用 minikube 搭建环境，先看一下 POD 定义文件
- apiVersion: v1
- kind: Pod
- metadata:
- name: nginx
- spec:
- shareProcessNamespace: false
- containers:
- - name: nginx
- image: nginx
- - name: shell
- image: busybox
- securityContext:
- capabilities:
- add:
- - SYS_PTRACE
- stdin: true
- tty: true
启动后，查看 pause 进程 id, 然后杀掉
- ~$ kubectl describe pod nginx
- ......
- Events:
- Type Reason Age From Message
- ---- ------ ---- ---- -------
- Normal SandboxChanged 3m1s (x2 over 155m) kubelet Pod sandbox changed, it will be killed and re-created.
- Normal Killing 3m1s (x2 over 155m) kubelet Stopping container nginx
- Normal Killing 3m1s (x2 over 155m) kubelet Stopping container shell
- Normal Pulling 2m31s (x3 over 156m) kubelet Pulling image "nginx"
- Normal Pulling 2m28s (x3 over 156m) kubelet Pulling image "busybox"
- Normal Created 2m28s (x3 over 156m) kubelet Created container nginx
- Normal Started 2m28s (x3 over 156m) kubelet Started container nginx
- Normal Pulled 2m28s kubelet Successfully pulled image "nginx" in 2.796081224s
- Normal Created 2m25s (x3 over 156m) kubelet Created container shell
- Normal Started 2m25s (x3 over 156m) kubelet Started container shell
- Normal Pulled 2m25s kubelet Successfully pulled image "busybox" in 2.856292466s
k8s 检测到 pause 容器状态异常，就会重启该 POD, 其实也不难理解，无论是否共享 PID namespace, infra 容器退出了，POD 必然要重启，毕竟生命周期是与 infra 容器一致的。
参考资料
[1]pause.c: https://github.com/kubernetes/kubernetes/blob/master/build/pause/linux/pause.c,
[2]share proceess namespace: https://kubernetes.io/zh/docs/tasks/configure-pod-container/share-process-namespace/,
网站栏目：读读Pause容器源码
当前链接：http://www.shufengxianlan.com/qtweb/news33/77683.html
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