OpenKruise|OpenKruise （SidecarSet 助力 Mesh 容器热升级） OpenKruise：SidecarSet助力Mesh容器

作者｜赵明山（立衡）
?

文章图片

前言 ?
OpenKruise 是阿里云开源的云原生应用自动化管理套件，也是当前托管在 Cloud Native Computing Foundation ( CNCF ) 下的 Sandbox 项目。它来自阿里巴巴多年来容器化、云原生的技术沉淀，是阿里内部生产环境大规模应用的基于 Kubernetes 之上的标准扩展组件，也是紧贴上游社区标准、适应互联网规模化场景的技术理念与最佳实践。
?
OpenKruise 在 2021.5.20 发布了最新的 v0.9.0版本（ ChangeLog ），上一篇文章我们介绍了新增 Pod 重启、删除防护等重磅功能，今天向大家介绍另一个核心特性，即 SidecarSet 基于上一个版本扩展了特别针对 Service Mesh 场景的支持。
?
背景：如何独立升级 Mesh 容器 ?
SidecarSet 是 Kruise 提供的独立管理 Sidecar 容器的 workload。用户通过 SidecarSet 能够便利的完成对 Sidecar 容器的自动注入和独立升级，详情请参考：OpenKruise 官网
?
默认情况下，Sidecar 的独立升级顺序是先停止旧版本的容器，然后再创建新版本的容器。这种方式尤其适合不影响 Pod 服务可用性的 Sidecar 容器，例如日志收集 agent ，但是对于很多代理或运行时的 Sidecar 容器，如 Istio Envoy，这种升级方法就有问题了。Envoy 作为 Pod 中的一个 Proxy 容器代理了所有的流量，这种场景下如果直接重启升级，Pod 服务的可用性必然会受到影响，因此需要考虑应用自身的发布和容量情况，无法完全独立于应用做 Sidecar 的发布。
?
文章图片

阿里巴巴集团内部拥有上万的 Pod 都是基于 Service Mesh 来实现相互间的通信，由于 Mesh 容器升级会导致业务 Pod 的不可用，因而 Mesh 容器的升级将会极大阻碍 Service Mesh 的迭代。针对这种场景，我们同集团内部的 Service Mesh 团队一起合作实现了 Mesh 容器的热升级能力。本文将重点介绍在实现 mesh 容器热升级能力的过程中 SidecarSet 是扮演了怎样的重要角色。
?
SidecarSet 助力 Mesh 容器无损热升级 ?
Mesh 容器不能像日志采集类容器直接原地升级，其原因在于：Mesh 容器必须要不间断地对外提供服务，而独立升级方式会导致 Mesh 服务存在一段不可用时间。虽然社区中已有一些知名的 Mesh 服务如 Envoy 、Mosn 等默认能够提供平滑升级的能力，但是这些升级方式无法与云原生进行恰当地结合，且 kubernetes 本身也缺乏对此类 Sidecar 容器的升级方案。
?
OpenKruise SidecarSet 为此类 Mesh 容器提供了 Sidecar 热升级机制，能够通过云原生的方式助力 Mesh 容器实现无损热升级。

apiVersion: apps.kruise.io/v1alpha1 kind: SidecarSet metadata: name: hotupgrade-sidecarset spec: selector: matchLabels: app: hotupgrade containers: - name: sidecar image: openkruise/hotupgrade-sample:sidecarv1 imagePullPolicy: Always lifecycle: postStart: exec: command: - /bin/sh - /migrate.sh upgradeStrategy: upgradeType: HotUpgrade hotUpgradeEmptyImage: openkruise/hotupgrade-sample:empty

upgradeType : HotUpgrade 代表该 sidecar 容器的类型是 Hot upgrade ，即热升级方案。
HotUpgradeEmptyImage : 当热升级 Sidecar 容器时，业务须要提供一个 empty 容器用于热升级过程中的容器切换。Empty 容器同 Sidecar 容器具有相同的配置（镜像地址除外），例如 command , lifecycle , probe 等。

?
SidecarSet 热升级机制主要包含注入热升级 Sidecar 容器和 Mesh 容器平滑升级两个过程。
?
注入热升级 Sidecar 容器 ?
针对热升级类型的 Sidecar 容器，在 Pod 创建时 SidecarSet Webhook 将会注入两个容器：
?

{Sidecar.name} -1: 如下图所示 envoy -1，这个容器代表正在实际工作的 sidecar 容器，例如：envoy :1.16.0
?
{Sidecar.name} -2: 如下图所示 envoy-2，这个容器是业务提供的 HotUpgradeEmptyImage 容器，例如：empty :1.0

OpenKruise|OpenKruise （SidecarSet 助力 Mesh 容器热升级）

文章图片

上述 Empty 容器在 Mesh 容器运行过程中，并没有做任何实际的工作。
?
Mesh 容器平滑升级 ?
热升级流程主要分为一下三个步骤：
?

Upgrade: 将 Empty 容器替换为最新版本的 Sidecar 容器，例如：envoy-2.Image = envoy:1.17.0
Migration : 执行 Sidecar 容器的 PostStartHook 脚本，完成 mesh 服务的平滑升级
Reset: Mesh 服务平滑升级后，将老版本 Sidecar 容器替换为 Empty 容器，例如：envoy-1.Image = empty : 1.0

【OpenKruise|OpenKruise （SidecarSet 助力 Mesh 容器热升级）】仅需上述三个步骤即可完成热升级中的全部流程，若对 Pod 执行多次热升级，则重复执行上述三个步骤即可。
?

文章图片

?
Migration 核心逻辑 SidecarSet 热升级机制不仅完成了 Mesh 容器的切换，并且提供了新老版本的协调机制（ PostStartHook ），但是至此还只是万里长征的第一步，Mesh 容器同时还需要提供 PostSartHook 脚本来完成 Mesh 服务自身的平滑升级（上述 Migration 过程），如：Envoy 热重启、Mosn 无损重启。
?
Mesh 容器一般都是通过监听固定端口来对外提供服务，此类 Mesh 容器的migration 过程可以概括为：通过 UDS 传递 ListenFD 和停止 Accpet 、开始排水。针对不支持热重启的 Mesh 容器可以参考此过程完成改造，逻辑图如下：
?

文章图片

热升级 Migration Demo ?
不同 Mesh 容器对外提供的服务以及内部实现逻辑各有差异，进而具体的 Migration也有所不同，上述逻辑只是对其中一些要点做了一些总结，希望能对有需要的各位有所裨益，同时在 Github 上面我们也提供了一个热升级 Migration Demo 以供参考，下面将对其中的一些关键代码进行介绍。
?
1. 协商机制
?
Mesh 容器启动逻辑首先就需要判断第一次启动还是热升级平滑迁移过程，为了减少Mesh 容器沟通成本，Kruise 在两个 sidecar 容器中注入了两个环境变量 SIDECARSET_VERSION 和 SIDECARSET_VERSION_ALT ，通过判断两个环境变量的值来判断是否是热升级过程以及当前 sidecar 容器是新版本还是老版本。
?

// return two parameters: // 1. (bool) indicates whether it is hot upgrade process // 2. (bool ) when isHotUpgrading=true, the current sidecar is newer or older func isHotUpgradeProcess() (bool, bool) { // 当前sidecar容器的版本 version := os.Getenv("SIDECARSET_VERSION") // 对端sidecar容器的版本 versionAlt := os.Getenv("SIDECARSET_VERSION_ALT") // 当对端sidecar容器version是"0"时，表明当前没有在热升级过程 if versionAlt == "0" { return false, false } // 在热升级过程中 versionInt, _ := strconv.Atoi(version) versionAltInt, _ := strconv.Atoi(versionAlt) // version是单调递增的int类型，新版本的version值会更大 return true, versionInt > versionAltInt }

2. ListenFD 迁移
?
通过 Unix Domain Socket 实现 ListenFD 在不同容器间的迁移，此步同样也是热升级中非常关键的一步，代码示例如下：
?

// 为了代码的简洁，所有的失败都将不捕获/* 老版本sidecar通过Unix Domain Socket迁移ListenFD到新版本sidecar */ // tcpLn *net.TCPListener f, _ := tcpLn.File() fdnum := f.Fd() data := syscall.UnixRights(int(fdnum)) // 与新版本sidecar容器通过 Unix Domain Socket建立链接 raddr, _ := net.ResolveUnixAddr("unix", "/dev/shm/migrate.sock") uds, _ := net.DialUnix("unix", nil, raddr) // 通过UDS，发送ListenFD到新版本sidecar容器 uds.WriteMsgUnix(nil, data, nil) // 停止接收新的request，并且开始排水阶段，例如：http2 GOAWAY tcpLn.Close()/* 新版本sidecar接收ListenFD，并且开始对外服务 */ // 监听 UDS addr, _ := net.ResolveUnixAddr("unix", "/dev/shm/migrate.sock") unixLn, _ := net.ListenUnix("unix", addr) conn, _ := unixLn.AcceptUnix() buf := make([]byte, 32) oob := make([]byte, 32) // 接收 ListenFD _, oobn, _, _, _ := conn.ReadMsgUnix(buf, oob) scms, _ := syscall.ParseSocketControlMessage(oob[:oobn]) if len(scms) > 0 { // 解析FD，并转化为 *net.TCPListener fds, _ := syscall.ParseUnixRights(&(scms[0])) f := os.NewFile(uintptr(fds[0]), "") ln, _ := net.FileListener(f) tcpLn, _ := ln.(*net.TCPListener) // 基于接收到的Listener开始对外提供服务，以http服务为例 http.Serve(tcpLn, serveMux) }

已知 Mesh 容器热升级案例 ?
阿里云服务网格（ Alibaba Cloud Service Mesh，简称 ASM）提供了一个全托管式的服务网格平台，兼容社区 Istio 开源服务网格。当前，基于 OpenKruise SidecarSet 的热升级能力，ASM 实现了数据平面 Sidecar 热升级能力（ Beta ），用户可以在应用无感的情况下完成服务网格的数据平面版本升级，正式版也将于近期上线。除热升级能力外，ASM 还支持配置诊断、操作审计、访问日志、监控、服务注册接入等能力，全方位提升服务网格使用体验，欢迎您前往试用。
总结
?
云原生中 Mesh 容器的热升级一直都是迫切却又棘手的问题，本文中的方案也只是阿里巴巴集团在此问题上的一次探索，在反馈社区的同时也希望能够抛砖引玉，引发各位对此中场景的思考。同时，我们也欢迎更多的同学参与到 OpenKruise 社区来，共同建设一个场景更加丰富、完善的 K8s 应用管理、交付扩展能力，能够面向更加规模化、复杂化、极致性能的场景。
?