编排系统K8S Ingress-nginx源码解析

Luga Lee

发布于 2021-12-09 20:24:11

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发布于 2021-12-09 20:24:11

文章被收录于专栏：架构驿站

上篇文章介绍了Ingress-nginx的基本架构原理，具体可参考：

编排系统K8S Ingress-nginx介绍

本篇重点以源码为基础，深入讲解 Ingress-nginx的内部工作流以及整体工作模式。先来张工作流图：

如上述工作流图所述：Ingress-nginx 模块在运行时主要包括三个主体：NginxController、Store、SyncQueue。其中：

Store（协程）模块主要负责从 kubernetes API Server 收集运行时信息，感知各类资源（如 Ingress、Service等）的变化，并及时将更新事件消息（event）写入一个环形管道。 SyncQueue（协程）定期扫描 syncQueue 队列，发现有任务就执行更新操作，即借助 Store 完成最新运行数据的拉取，然后根据一定的规则产生新的 nginx 配置，（有些更新必须 reload，就本地写入新配置，执行 reload），然后执行动态更新操作，即构造 POST 数据，向本地 Nginx Lua 服务模块发送 post 请求，以实现配置更新。

NginxController（主程）作为中间的联系者，监听 updateChannel，一旦收到配置更新事件，就向同步队列 syncQueue 里写入一个更新请求。

下面我们看下相关源码解析：[因篇幅有限，仅列出核心的部分]

整个流程入口为main()函数，以下为～/nginx/main.go源码

func main() {
  ...
  ngx := controller.NewNGINXController(conf, mc, fs)
  ...
  ngx.Start()
}

在 main 函数中，程序首先构造了 NginxController，并执行了其 Start 方法，启动了 Controller 主程序。

关于ngx.Start()，我们可以追溯到internal/ingress/controller/nginx.go#Start()，具体：

func (n *NGINXController) Start() {
  ...
  n.store.Run(n.stopCh)
  ...
  go n.syncQueue.Run(time.Second, n.stopCh)
  ...
  for {
    select {
    ...
    case event := <-n.updateCh.Out():
      if n.isShuttingDown {
        break
      }
      if evt, ok := event.(store.Event); ok {
        if evt.Type == store.ConfigurationEvent {
          n.syncQueue.EnqueueTask(task.GetDummyObject("configmap-change"))
          continue
        }
        n.syncQueue.EnqueueSkippableTask(evt.Obj)
      } 
    ...
  }
}

NginxController 首先启动了 Store 协程，然后启动了 syncQueue 协程，最后监听 updateCh，当收到事件后，经过相关条件判断然后向 syncQueue 写入了一个 task。

关于Store 协程，跟踪到 internal/ingress/controller/store/store.go#Run()，具体：

func (s k8sStore) Run(stopCh chan struct{}) {
  s.informers.Run(stopCh)
  ...
}

通过代码我们可以看到，此方法继续调用了 informer 的 Run 方法，继续跟踪，可看到如下：

// Run initiates the synchronization of the informers against the API server.
func (i *Informer) Run(stopCh chan struct{}) {
  go i.Endpoint.Run(stopCh)
  go i.Service.Run(stopCh)
  go i.Secret.Run(stopCh)
  go i.ConfigMap.Run(stopCh)
  ...
  go i.Ingress.Run(stopCh)
  ...
}

informer 的 Run 方法，会起更多的协程，去监听不同资源的变化，包括 Endpoint、Service、Secret、ConfigMap、Ingress等等。以 Ingress 为例，在其定义处，可以找到 New() ：

// New creates a new object store to be used in the ingress controller
func New(... updateCh *channels.RingChannel ...) Storer {
  ...
  store.informers.Ingress = infFactory.Extensions().V1beta1().Ingresses().Informer()
  ...
  ingEventHandler := cache.ResourceEventHandlerFuncs{
    AddFunc: func(obj interface{}) {
      ...
      updateCh.In() <- Event{
        Type: CreateEvent,
        Obj:  obj,
      }
    },
    DeleteFunc: func(obj interface{}) {
      ...
      updateCh.In() <- Event{
        Type: DeleteEvent,
        Obj:  obj,
      }
    },
    UpdateFunc: func(old, cur interface{}) {
      ...
      updateCh.In() <- Event{
        Type: UpdateEvent,
        Obj:  cur,
      }
    },
  }
...
  store.informers.Ingress.AddEventHandler(ingEventHandler)
  ...
}

可以看出，Ingress 协程定义了监听 ingress 信息的 informer 对象，并注册了相关事件的回调方法，在回调方法内向之前提到的 updateCh 写入了事件，进而也就达到了当资源变化时通知 Controller 主程向同步队列写入task的目的。

关于syncQueue，可追溯到internal/ingress/controller/nginx.go # NewNGINX-Controller()：

// NewNGINXController creates a new NGINX Ingress controller.
func NewNGINXController(config *Configuration, mc metric.Collector, fs file.Filesystem) *NGINXController {
  ...
  n.syncQueue = task.NewTaskQueue(n.syncIngress)
  ...
}

队列的创建是通过 task.NewTaskQueue() 完成的，而且传入了关键的处理函数 n.syncIngress。继续跟踪到 internal/task/queue.go#NewTaskQueue()：

// NewTaskQueue creates a new task queue with the given sync function.
// The sync function is called for every element inserted into the queue.
func NewTaskQueue(syncFn func(interface{}) error) *Queue {
  return NewCustomTaskQueue(syncFn, nil)
}
 
// NewCustomTaskQueue ...
func NewCustomTaskQueue(syncFn func(interface{}) error, fn func(interface{}) (interface{}, error)) *Queue {
  q := &Queue{
    queue:      workqueue.NewRateLimitingQueue(workqueue.DefaultControllerRateLimiter()),
    sync:       syncFn,
    workerDone: make(chan bool),
    fn:         fn,
  }
  ...
  return q
}

可以看出，传入的处理函数 n.syncIngress 被赋值给 Queue 的 sync 属性了。实际上，syncQueue 的执行就是在反复执行该方法以消费队列里的元素。有关Queue 的 Run 定义可以追溯至：

// Run starts processing elements in the queue
func (t *Queue) Run(period time.Duration, stopCh <-chan struct{}) {
  wait.Until(t.worker, period, stopCh)
}
 
// worker processes work in the queue through sync.
func (t *Queue) worker() {
  for {
    key, quit := t.queue.Get()
    ...
    if err := t.sync(key); err != nil {
      t.queue.AddRateLimited(Element{
        Key:       item.Key,
        Timestamp: time.Now().UnixNano(),
      })
    } else {
      t.queue.Forget(key)
      t.lastSync = ts
    }
 
    t.queue.Done(key)
  }
}

同步队列协程的主要工作就是定期取出队列里的元素，并利用传入的 n.syncIngress （即 t.sync(key)）方法处理队列里的元素。n.syncIngress 方法的定义在 internal/-ingress-/controller/controller.go#syncIngress():

// syncIngress collects all the pieces required to assemble the NGINX
// configuration file and passes the resulting data structures to the backend
// (OnUpdate) when a reload is deemed necessary.
func (n *NGINXController) syncIngress(interface{}) error {
 
  // 获取最新配置信息
  ....
  // 构造 nginx 配置
  pcfg := &ingress.Configuration{
    Backends:              upstreams,
    Servers:               servers,
    PassthroughBackends:   passUpstreams,
    BackendConfigChecksum: n.store.GetBackendConfiguration().Checksum,
  }
  ...
  // 不能避免 reload，就执行 reload 更新配置
  if !n.IsDynamicConfigurationEnough(pcfg) {
    ...
    err := n.OnUpdate(*pcfg)
    ...
  }
  ...
  // 动态更新配置
  err := wait.ExponentialBackoff(retry, func() (bool, error) {
    err := configureDynamically(pcfg, n.cfg.ListenPorts.Status, n.cfg.DynamicCertificatesEnabled)
    ...
  })
  ...
}

关于动态更新的工作机制，函数定义位于 internal/ingress/controller/nginx.go#-configureDynamically()：

/ configureDynamically encodes new Backends in JSON format and POSTs the
// payload to an internal HTTP endpoint handled by Lua.
func configureDynamically(pcfg *ingress.Configuration, port int, isDynamicCertificatesEnabled bool) error {
  backends := make([]*ingress.Backend, len(pcfg.Backends))
 
  for i, backend := range pcfg.Backends {
    var service *apiv1.Service
    if backend.Service != nil {
      service = &apiv1.Service{Spec: backend.Service.Spec}
    }
    luaBackend := &ingress.Backend{
      Name:                 backend.Name,
      Port:                 backend.Port,
      SSLPassthrough:       backend.SSLPassthrough,
      SessionAffinity:      backend.SessionAffinity,
      UpstreamHashBy:       backend.UpstreamHashBy,
      LoadBalancing:        backend.LoadBalancing,
      Service:              service,
      NoServer:             backend.NoServer,
      TrafficShapingPolicy: backend.TrafficShapingPolicy,
      AlternativeBackends:  backend.AlternativeBackends,
    }
 
    var endpoints []ingress.Endpoint
    for _, endpoint := range backend.Endpoints {
          endpoints = append(endpoints, ingress.Endpoint{
        Address: endpoint.Address,
        Port:    endpoint.Port,
      })
    }
 
    luaBackend.Endpoints = endpoints
    backends[i] = luaBackend
  }
 
  url := fmt.Sprintf("http://localhost:%d/configuration/backends", port)
  err := post(url, backends)
  if err != nil {
    return err
  }
 
  if isDynamicCertificatesEnabled {
    err = configureCertificates(pcfg, port)
    if err != nil {
      return err
    }
  }
 
  return nil
}

结合源码：通过请求 Lua 后端来实现动态配置更新的，使用的是典型的 http post 方法。后续的动态更新动作转交给 Lua 模块负责。因为 Lua 以模块形式嵌入 Nginx 运行，因此其更新配置也就在一定程度上避免了 reload。

至于reload 配置的函数定义，可参考：internal/ingress/controller/nginx.go#OnUpdate-()。

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原始发表：2021-01-09，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除