宜信容器云排错工具集

宜信容器云是一套基于kubernetes的容器管理平台。业务线用户在容器云上部署应用程序时，常常会遇到容器无法启动或者应用程序运行不正常的情况。为了方便用户排查在应用上云过程中的问题，我们在web端集成了一系列的排错方式，如下图：

一、终端信息

终端信息查看的是容器实例运行时的标准输出日志。

效果等同于：kubectl logs PODNAME [-c CONTAINER]

基本原理如下图：

应用部署时，所属节点的kubelet通过grpc调用容器运行时接口(container runtime interface)，来请求docker守护进程创建容器运行时。

此时，docker守护进程会创建一个协程来接收容器运行时的标准输出日志，这个协程最终将STDOUT(标准输出)的日志写到容器运行时所在节点的对应目录下：/var/lib/docker/containers/container_id/{container_id-json.log}

如下图:

在web端查看对应实例的终端信息时，kubelet将接收的Api-server请求转化成docker client来请求docker守护进程。Docker守护进程到相应的目录下读取对应容器的日志文件数据，再由kubelet返回日志数据到Api-server，最终显示到web端，供用户查看。

容器日志的生命周期与容器的生命周期一致，容器销毁后，其相关的日志文件也会销毁。

二、events

events是kubelet用来记录容器启动及运行过程中的事件。

效果等同于：kubectl get events

同样，当使用kubectl describe pod来查看pod时，也一样能看到与该pod相关的events，从这些信息中可以很清楚看到事件的状态变化，从而获知pod启动失败的多种原因。比如：

1）没有可用的node供调度，如调度的节点资源不够；

2）健康状态检查失败；

3）拉取镜像失败，如下图：

events的基本实现如下图：

events中包含事件相关的类型、原因、来源、消息等，会在kubelet和controller manager等组件中生成，广播出去后，经过一系列的函数过滤、聚合等，再发送给Api-server存到etcd中。当web端查看events事件时，请求Api-server读取etcd中相应的事件，并返回显示，供用户查看异常参数、错误状态等。

三、web terminal

web terminal可提供一个交互式的界面shell,可执行各种命令。

效果等同于：kubectl exec -it <podName> -c <containerName> bash

web端显示如图：

实现如下：

web terminal主要是通过websocket技术实现的，前端交互界面使用的是开源项目container-terminal（https://github.com/kubernetes-ui/container-terminal）,其提供了一个容器的TTY(虚拟终端)。

当查看web terminal时，前端web发起了一个websocket请求，到Api-server。再由所属节点的kubelet响应该Api-server的请求，并与容器运行时建立连接。

之所以kubelet能够与容器运行时建立连接，是因为kubelet 定义了一个 CRI 规范中的 RuntimeServiceClient 接口，而容器运行时中的RuntimeServiceServer（即Streaming Server，提供了streaming API）实现了该接口。

kubelet 和容器运行时建立连接后,kubelet返回请求，Api-server将请求升级为SPDY(SPDY允许在单个的TCP请求中复用独立的STDIN/STDOUT/STDERR),并将WS的流映射到SPDY相应的标准流上,便与目标容器运行时Streaming Server建立了流，Api-server便实现了web与容器运行时的数据交互。

此时，在web端输入命令，下发执行完后，可看到返回的结果，如此便实现了交互。

web terminal提供了进入容器的便利，用户可以执行任何操作，为了安全，我们做了必要的安全措施：

1）记录了用户的操作命令。

待用户输入命令后，记录操作，作为安全审计。

2）生产环境使用普通用户进入容器。

即在exec进入容器时的命令/bin/bash -i更改为/bin/bash –c chmod -R 777 $KUBERNETES_FILELOGS;useradd spider > /dev/null 2>&1;su spider,其中环境变量$KUBERNETES_FILELOGS为在容器创建时需要赋权的文件目录。主要是防止用户误操作，删除存储挂载等。

四、debug容器

debug容器是通过工具容器来对业务容器排障。

在使用web terminal来调试应用程序的过程中，业务线用户经常需要各式各样的命令来调试程序。之前的解决方案要么是给业务线定制他们所需的基础镜像，尽量涵盖多的所需命令，要么就是在业务线用户构建镜像时在Dockerfile中添加命令。

但是，因为业务线众多，定制基础镜像工作量过大；而在构建业务镜像时添加过多命令，又操作繁琐，并可能会带来安全隐患。这些解决方案实际上都不符合容器技术的实践原则--尽可能构建最简容器镜像，而精简后的镜像又极度缺失所需的命令工具。

鉴于存在这样的矛盾，我们集成并改造了kubectl-debug（https://github.com/aylei/kubectl-debug）这个插件。容器实质上是由cgroup和namespace限制的一组进程，只要能够加入到这个进程的各项namespace，就可实现交互。因此，debug容器的基本思路是：启动一个包含众多排障工具命令的容器，来加入到业务容器的namespace中，便能够在工具容器中实现对业务容器的排障。

效果类似于：

docker run -it --network=container:<container_ID> --pid=container:<container_ID> --ipc=container :<container_ID> -v /log/container _ID:/debugviewlogs <image>

web端显示如下图：

debug容器原理如下图：

将Debug-agent以DaemonSet的形式部署到kubernetes集群的所有节点中，并挂载了宿主机的/var/docker/docker.sock，实现与docker daemon的通信。如上图的步骤：

1）web端提供pod的cluster、namespace、podname信息，向后端服务Backend server发起websocket请求;

2）后端服务Backend server接收到请求后，向Api-server验证该pod是否存在，并返回pod所在的宿主机Node和pod的容器信息，根据状态判断是否可以debug；

注意：如果pod的状态reason是CrashLoopBackOff，那么Backend server将会请求Api-server让kubelet复制一个pod, 复制的Pod被改写了启动命令（sleep）、去掉了label及健康检查。后续debug操作是对复制后pod进行的。

3）Backend server传递debug的pod信息，发起debug请求（升级的SPDY请求，映射了WS的标准流）。

4）Debug-agent收到请求后，开始拉取debug工具镜像，进而创建一个debug容器，并将debug容器的各个namespace设置为目标业务容器app的namespace。再将宿主Node的目录/log/<podname> 挂载到debug容器的目录/debugviewlogs中，便可实现将debug容器中生成的文件在web端下载。如下两图：

创建完debug容器后，Debug-agent将Backend server的SPDY请求中继到debug容器。debug容器将SPDY的标准流attach到业务容器中。如此，web端便可与debug容器实现交互。在debug操作结束后，Debug-agent便会将debug容器清理回收。同样的，debug的操作也做了安全审计。

因此，我们只要构建一个包含众多排障工具的镜像，不仅实践了业务镜像尽可能最简的原则，还提供了调试应用程序所需的各种命令工具。