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Kubernetes 容器運行時接口 CRI

發布時間：2023-09-30 21:08:09 作者：網友整理

寫這篇文章是來填 很久之前挖下的坑[1]。

本文涉及組件的源碼版本如下：

  • Kube.NETes 1.24
  • CRI 0.25.0
  • ContAInerd 1.6

容器運行時（Container Runtime）是負責管理和執行容器的組件。它負責將容器鏡像轉化為在主機上運行的實際容器進程，提供鏡像管理、容器的生命周期管理、資源隔離、文件系統、網絡配置等功能。

圖片圖片

常見容器運行時有下面這幾種，這些容器運行時都提供了不同程度的功能和性能。但他們都遵循容器運行時接口（CRI），以便能夠與 Kubernetes 或其他容器編排系統集成，實現容器的調度和管理。

  • containerd[2]
  • CRI-O[3]
  • Docker Engine[4]
  • Mirantis Container Runtime[5]

有了 CRI，我們也可以“隨意”地在幾種容器運行時之間進行切換，而無需重新編譯 Kubernetes。簡單來講，CRI 定義了所有對容器的操作，作為容器編排系統與容器運行時間的標準接口存在。

CRI 的前生今世

圖片圖片

CRI 的首次引入是在 Kubernets 1.5[6]，初始版本是 v1alpha1。在這之前，Kubernetes 需要在 kubelet 源碼中維護對各個容器運行時的支持。

有了 CRI 之后，在 kubelet 中僅需支持 CRI 即可，然后通過一個中間層 CRI shim（grpc 服務器）與容器運行時進行交互。因為此時各家容器運行時實現還未支持 CRI。

在去年發布的 Kubernetes 1.24 中，正式移除了 Dockershim[7]，與容易運行時的交互得到了簡化。

Kubernetes 目前支持 CRI 的 v1alpha2 和 v1。其中 v1 版本是在 Kubernetes 1.23 版本中引入的。

每次 kubelet 啟動時，首先會嘗試使用 v1 的 API 與容器運行時進行連接。如果失敗，才會嘗試使用 v1alpha2。

kubelet 與 CRI

在之前做過的 kubelet 源碼分析[8] 會持續監控來自 文件、apiserver、http 的變更，來更新 pod 的狀態。寫那篇文章的時候，分析到這里就結束了。因為這之后的工作就交給 容器運行時[9] 來完成 sandbox 和各種容器的創建和運行，見 `kubeGenericRuntimeManager#SyncPod()`[10]。

kubelet 啟動時便會 初始化 CRI 客戶端[11]，與容器運行時建立連接并確認 CRI 的版本。

創建 pod 的過程中，都會通過 CRI 與容器運行時進行交互：

  • 創建 sandbox
  • 創建容器
  • 拉取鏡像

參考源碼

  • pkg/kubelet/kuberuntime/kuberuntime_sandbox.go#L39[12]
  • pkg/kubelet/kuberuntime/kuberuntime_container.go#L176[13]
  • pkg/kubelet/images/image_manager.go#L89[14]

接下來我們以 Containerd 為例，看下如何處理 kubelet 的請求。

Containerd 與 CRI

Containerd 的 `criService`[15] 實現了 CRI 接口 `RuntimeService`[16] 和 `ImageService `[17] 的 RuntimeServiceServer 和 ImageServiceServer。

cirService 會進一步包裝成 `instrumentedService`[18]，保證所有的操作都是在 k8s.io命名空間下執行的

RuntimeServiceServer

 

ImageServiceServer

ImageServiceServer[20]

type ImageServiceServer interface {  
    // ListImages lists existing images.    ListImages(context.Context, *ListImagesRequest) (*ListImagesResponse, error)  
    // ImageStatus returns the status of the image. If the image is not    // present, returns a response with ImageStatusResponse.Image set to    // nil.    ImageStatus(context.Context, *ImageStatusRequest) (*ImageStatusResponse, error)  
    // PullImage pulls an image with authentication config.    PullImage(context.Context, *PullImageRequest) (*PullImageResponse, error)  
    // RemoveImage removes the image.    // This call is idempotent, and must not return an error if the image has    // already been removed.    RemoveImage(context.Context, *RemoveImageRequest) (*RemoveImageResponse, error)  
    // ImageFSInfo returns information of the filesystem that is used to store images.  
    ImageFsInfo(context.Context, *ImageFsInfoRequest) (*ImageFsInfoResponse, error)  
}

下面以創建 sandbox 為例看一下 Containerd 的源碼。

Containerd 源碼分析

創建 sandbox 容器的請求通過 CRI 的 UDS（Unix domain socket）[21] 接口 /runtime.v1.RuntimeService/RunPodSandbox，進入到 criService 的處理流程中。在 criService#RunPodSandbox()，負責創建和運行 sandbox 容器，并保證容器狀態正常。

  • 下載 sandobx 容器鏡像
  • 初始化容器元數據
  • 初始化 pod 網絡命名空間，詳細內容可參考之前的文章 源碼解析：從 kubelet、容器運行時看 CNI 的使用[22]
  • 更新容器元數據
  • 寫入文件系統

參考源碼

  • pkg/cri/server/sandbox_run.go#L61[23]
  • services/tasks/local.go#L156[24]

總結

CRI 提供了一種標準化的接口，用于與底層容器運行時進行交互。這對與發展和狀大 Kubernetes 生態系統非常重要：

  • Kubernetes 控制平面與容器管理的具體實現解耦，可以獨立升級或者切換容器運行時，方便擴展和優化。
  • Kubernetes 作為一個跨云、跨平臺和多環境的容器編排系統，在不同的環境和場景下使用不同的容器平臺。CRI 的出現，保證平臺的多樣性和靈活性。

參考資料

[1] 很久之前挖下的坑: https://atbug.com/how-kubelete-container-runtime-work-with-cni/#創建-pod

[2] containerd: https://kubernetes.io/docs/setup/production-environment/container-runtimes/#containerd

[3] CRI-O: https://kubernetes.io/docs/setup/production-environment/container-runtimes/#cri-o

[4] Docker Engine: https://kubernetes.io/docs/setup/production-environment/container-runtimes/#docker

[5] Mirantis Container Runtime: https://kubernetes.io/docs/setup/production-environment/container-runtimes/#mcr

[6] Kubernets 1.5: https://kubernetes.io/blog/2016/12/container-runtime-interface-cri-in-kubernetes/

[7] 正式移除了 Dockershim: https://kubernetes.io/blog/2022/05/03/dockershim-historical-context/

[8] kubelet 源碼分析: https://mp.weixin.qq.com/s/O7k3MlgyonNtOUxNPrN8lg

[9] 容器運行時: https://kubernetes.io/docs/setup/production-environment/container-runtimes/

[10] kubeGenericRuntimeManager#SyncPod(): https://Github.com/kubernetes/kubernetes/blob/023d6fb8f4a7d130bf5c8e725ca310df9e663cd0/pkg/kubelet/kuberuntime/kuberuntime_manager.go#L711

[11] 初始化 CRI 客戶端: https://github.com/kubernetes/kubernetes/blob/14fcab83adf319b8ef8e82e1054412309c46f535/pkg/kubelet/kubelet.go#L285

[12] pkg/kubelet/kuberuntime/kuberuntime_sandbox.go#L39: https://github.com/kubernetes/kubernetes/blob/ea929715339da4553589df61c8638bac3bcae618/pkg/kubelet/kuberuntime/kuberuntime_sandbox.go#L39

[13] pkg/kubelet/kuberuntime/kuberuntime_container.go#L176: https://github.com/kubernetes/kubernetes/blob/3946d99904fe37ea04b231a8d101085b9b80b221/pkg/kubelet/kuberuntime/kuberuntime_container.go#L176

[14] pkg/kubelet/images/image_manager.go#L89: https://github.com/kubernetes/kubernetes/blob/de37b9d293613aac194cf522561d19ee1829e87b/pkg/kubelet/images/image_manager.go#L89

[15] criService: https://github.com/containerd/containerd/blob/1764ea9a2815ddbd0cde777b557f97171b84cd02/pkg/cri/server/service.go#L77

[16] RuntimeService: https://github.com/kubernetes/cri-api/blob/master/pkg/apis/runtime/v1/api.proto#L34

[17] ImageService : https://github.com/kubernetes/cri-api/blob/master/pkg/apis/runtime/v1/api.proto#L128

[18] instrumentedService: https://github.com/containerd/containerd/blob/d3c7e31c8a8f7dc3f0ef0d189fda5a7caca42ce2/pkg/cri/server/instrumented_service.go#L32

[19] RuntimeServiceServer: https://github.com/kubernetes/cri-api/blob/v0.25.0/pkg/apis/runtime/v1/api.pb.go#L9301

[20] ImageServiceServer: https://github.com/kubernetes/cri-api/blob/v0.25.0/pkg/apis/runtime/v1/api.pb.go#L10131C9-L10131C9

[21] UDS（Unix domain socket）: https://en.wikipedia.org/wiki/Unix_domain_socket

[22] 源碼解析：從 kubelet、容器運行時看 CNI 的使用: https://atbug.com/how-kubelete-container-runtime-work-with-cni/#創建-sandbox-容器

[23] pkg/cri/server/sandbox_run.go#L61: https://github.com/containerd/containerd/blob/f2376e659ffa55e4ff2578baf4e4c7aab54042e4/pkg/cri/server/sandbox_run.go#L61

[24] services/tasks/local.go#L156: https://github.com/containerd/containerd/blob/bbe46b8c43fc2febe316775bc2d4b9d697bbf05c/services/tasks/local.go#L156

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