概述

Kubernetes 中主要通过 List-Watch 机制实现组件间的异步消息通信,List-Watch 机制的实现原理值得深入分析下 。

Kubernetes client-go 源码分析 - ListWatcher 中我们讲到 client-goListWatcher 是如何实现 List()Watch() 两个方法的,在那篇文章里我们一路跟到 RESTClient 调用 apiserver 后没有就继续往下挖掘了,因为下面的技术相对独立,要聊清楚也需要不小的篇幅,于是我们单独在“原理篇”里分析 List-Watch 的实现。

今天我们先从 http 协议层面来分析 watch 的实现机制,抓包看下调用 watch 接口时数据包流向是怎样的。

http chunked

Kubernetes 里的 watch 长链接是通过 http 协议 chunked 机制实现的,在响应头里加一个 Transfer-Encoding: chunked 就可以实现分段响应。我们用 golang 来模拟一下这个过程,从而先理解 chunked 是什么。

写个 demo 程序,server 端代码如下:

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func Server() {
	http.HandleFunc("/name", func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
		flusher := w.(http.Flusher)
		for i := 0; i < 2; i++ {
			fmt.Fprintf(w, "Daniel Hu\n")
			flusher.Flush()
			<-time.Tick(1 * time.Second)
		}
	})
	log.Fatal(http.ListenAndServe(":8080", nil))
}

这里的逻辑是当客户端请求 localhost:8080/name 的时候,服务器端响应两段:“Daniel Hu\n”,然后直接运行,再随便用什么工具访问一下,比如 curl localhost:8080/name,抓个包可以看到如下响应体:

chunked 类型的 response 由一个个 chunk 组成,每个 chunk 都是格式都是 Chunk size + Chunk data + Chunk boundary,也就是块大小+数据+边界标识。chunk 的结尾是一个大小为0的 chunk,也就是"0\r\n"。串在一起整体格式类似这样:

  • [Chunk size][Chunk data][Chunk boundary][Chunk size][Chunk data][Chunk boundary][Chunk size=0][Chunk boundary]

在上图的例子中,服务器端响应的内容是两个相同的字符串 “Daniel Hu\n”,客户端拿到的也就是是 “10Daniel Hu\n\r\n10Daniel Hu\n\r\n0\r\n”

这种类型的数据怎么接收呢?可以这样玩:

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func Client() {
	resp, err := http.Get("http://127.0.0.1:8080/name")
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	defer resp.Body.Close()

	fmt.Println(resp.TransferEncoding)

	reader := bufio.NewReader(resp.Body)
	for {
		line, err := reader.ReadString('\n')
		if len(line) > 0 {
			fmt.Print(line)
		}
		if err == io.EOF {
			break
		}
		if err != nil {
			log.Fatal(err)
		}
	}
}

输出内容如下(两个字符串中间会间隔1s):

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[chunked]
Daniel Hu
Daniel Hu

http 协议的 chunked 类型响应数据方式大概就是这个玩法,接下来我们看下调用 Kubernetes api 的时候,能不能找到里面的 chunked 痕迹。

watch api

一般现在搭建集群都是 https 暴露 api 了,而且是双向 TLS,所以我们需要先代理一道,方便调用和抓包。

本地通过 kubectl 来代理 apiserver 暴露外部访问:

  • kubectl proxy
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# kubectl proxy
Starting to serve on 127.0.0.1:8001

然后开始 watch 一个资源,比如我这里选择 coredns 的 configmap:

  • curl localhost:8001/api/v1/watch/namespaces/kube-system/configmaps/coredns
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# curl localhost:8001/api/v1/watch/namespaces/kube-system/configmaps/coredns
{"type":"ADDED","object":{"kind":"ConfigMap","apiVersion":"v1","metadata":{"name":"coredns","namespace":"kube-system","uid":"f2eb4080-ce86-436a-9cfb-5bfdd3f59433","resourceVersion":"747388","creationTimestamp":"2021-09-06T02:49:56Z","managedFields":[{"manager":"kubeadm","operation":"Update","apiVersion":"v1","time":"2021-09-06T02:49:56Z","fieldsType":"FieldsV1","fieldsV1":{"f:data":{}}},{"manager":"kubectl-edit","operation":"Update","apiVersion":"v1","time":"2021-10-09T10:16:13Z","fieldsType":"FieldsV1","fieldsV1":{"f:data":{"f:Corefile":{}}}}]},"data":{"Corefile":".:53 {\n    errors\n    health {\n       lameduck 5s\n    }\n    ready\n    kubernetes cluster.local in-addr.arpa ip6.arpa {\n       pods insecure\n       fallthrough in-addr.arpa ip6.arpa\n       ttl 30\n    }\n    prometheus :9153\n    forward . /etc/resolv.conf {\n       max_concurrent 1000\n    }\n    cache 30\n    loop\n    reload\n    loadbalance\n}\n"}}}

这时候可以马上拿到一个响应,然后我们通过 kubectl 命令去编辑一下这个 configmap,可以看到 watch 端继续收到一条消息:

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{"type":"MODIFIED","object":{"kind":"ConfigMap","apiVersion":"v1","metadata":{"name":"coredns","namespace":"kube-system","uid":"f2eb4080-ce86-436a-9cfb-5bfdd3f59433","resourceVersion":"747834","creationTimestamp":"2021-09-06T02:49:56Z","managedFields":[{"manager":"kubeadm","operation":"Update","apiVersion":"v1","time":"2021-09-06T02:49:56Z","fieldsType":"FieldsV1","fieldsV1":{"f:data":{}}},{"manager":"kubectl-edit","operation":"Update","apiVersion":"v1","time":"2021-10-09T10:16:13Z","fieldsType":"FieldsV1","fieldsV1":{"f:data":{"f:Corefile":{}}}}]},"data":{"Corefile":".:53 {\n    errors\n    health {\n       lameduck 5s\n    }\n    ready\n    kubernetes cluster.local in-addr.arpa ip6.arpa {\n       pods insecure\n       fallthrough in-addr.arpa ip6.arpa\n       ttl 30\n    }\n    prometheus :9153\n    forward . /etc/resolv.conf {\n       max_concurrent 1000\n    }\n    cache 31\n    loop\n    reload\n    loadbalance\n}\n"}}}

原来 apiserver 是这样将资源变更通知到 watcher 的。

这时候如果我们去抓包,依旧可以看到这两个响应信息的具体数据包格式,第一个响应体如下(截取了中间关键信息):

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// ……
0030   fe d7 b6 90 af fc 85 ac 48 54 54 50 2f 31 2e 31   ........HTTP/1.1
0040   20 32 30 30 20 4f 4b 0d 0a 41 75 64 69 74 2d 49    200 OK..Audit-I
// ……
0160   2d 62 66 38 38 66 37 66 39 66 33 66 61 0d 0a 54   -bf88f7f9f3fa..T
0170   72 61 6e 73 66 65 72 2d 45 6e 63 6f 64 69 6e 67   ransfer-Encoding
0180   3a 20 63 68 75 6e 6b 65 64 0d 0a 0d 0a 33 61 38   : chunked....3a8
0190   0d 0a 7b 22 74 79 70 65 22 3a 22 41 44 44 45 44   ..{"type":"ADDED
01a0   22 2c 22 6f 62 6a 65 63 74 22 3a 7b 22 6b 69 6e   ","object":{"kin
01b0   64 22 3a 22 43 6f 6e 66 69 67 4d 61 70 22 2c 22   d":"ConfigMap","
// ……

可以看到这里的 http 头有一个 Transfer-Encoding: chunked,下面的内容是 {“type”:“ADDED…

继续看第二个包,第二个简单很多,少了 http 头信息,只是简单的第二个 chunk,长这样:

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// ……
0030   fe d7 fb 0b af fc c0 4a 33 61 62 0d 0a 7b 22 74   .......J3ab..{"t
0040   79 70 65 22 3a 22 4d 4f 44 49 46 49 45 44 22 2c   ype":"MODIFIED",
0050   22 6f 62 6a 65 63 74 22 3a 7b 22 6b 69 6e 64 22   "object":{"kind"
0060   3a 22 43 6f 6e 66 69 67 4d 61 70 22 2c 22 61 70   :"ConfigMap","ap
// ……

这里可以看到 0d 0a,出于程序员的职业敏感,得想到这个就是 \r\n,至于前面的 3ab,猜到了吗?转十进制就是 939,对应这个 chunk 的长度,这里和前面我们自己写的 http server 请求-响应格式就一致了。

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