写点什么

从零开始入门 K8s:理解容器运行时接口 CRI

  • 2020-03-29
  • 本文字数:3396 字

    阅读完需:约 11 分钟

从零开始入门 K8s:理解容器运行时接口 CRI

CRI 是 Kubernetes 体系中跟容器打交道的一个非常重要的部分。本文作者主要分为三个部分来进行:首先会为大家介绍 CRI 接口的一个由来和它的设计;其次会和大家分享目前有哪些 CRI 的实现;最后会给大家介绍一下相关的工具有哪些。

一、CRI 介绍

在 CRI 出现之前(也就是 Kubernetes v1.5 之前),Docker 作为第一个容器运行时,Kubelet 通过内嵌的 dockershim 操作 Docker API 来操作容器,进而达到一个面向终态的效果。在这之后,又出现了一种新的容器运行时 - rkt,它也想要成为 Kubernetes 支持的一个容器运行时,当时它也合到了 Kubelet 的代码之中。这两个容器运行时的加入使得 Kubernetes 的代码越来越复杂、难以维护。之后 hyber.sh 加入社区,也想成为第三个容器运行时。


此时就有人站出来说,我们能不能对容器运行时的操作抽象出一个接口,将 Kubelet 代码与具体的容器运行时的实现代码解耦开,只要实现了这样一套接口,就能接入到 Kubernetes 的体系中,这就是我们后来见到的 Container Runtime Interface (CRI)。



有一句话说得很好,「软件问题都可以通过加一层来解决」,我们的 CRI 就是加了这样一层。CRI 接口的通信协议是 gRPC,这里的一个时代背景就是当时的 gRPC 刚刚开源,此外它的性能也是优于 http/REST 模式的。gRPC 不需要手写客户端代码和服务端代码,能够自动生成通信协议代码。


接下来我们介绍一下 CRI 接口的设计。

二、CRI 实现

CRI 接口


在引入了 CRI 接口之后,Kubelet 的架构如上图所示。


跟容器最相关的一个 Manager 是 Generic Runtime Manager,就是一个通用的运行时管理器。我们可以看到目前 dockershim 还是存在于 Kubelet 的代码中的,它是当前性能最稳定的一个容器运行时的实现。remote 指的就是 CRI 接口。CRI 接口主要包含两个部分:


  • 一个是 CRI Server,即通用的比如说创建、删除容器这样的接口;

  • 另外一个是流式数据的接口 Streaming Server,比如 exec、port-forward 这些流式数据的接口。


这里需要注意的是,我们的 CNI(容器网络接口)也是在 CRI 进行操作的,因为我们在创建 Pod 的时候需要同时创建网络资源然后注入到 Pod 中。接下来就是我们的容器和镜像。我们通过具体的容器创建引擎来创建一个具体的容器。



给大家介绍一下 CRI 接口的设计。我们知道 Kubernetes 的一个运作的机制是面向终态的,在每一次调协的循环中,Kubelet 会向 apiserver 获取调度到本 Node 的 Pod 的数据,再做一个面向终态的处理,以达到我们预期的状态。


循环的第一步,首先通过 List 接口拿到容器的状态,再通过 Sandbox 和 Container 接口来创建容器,另外还有镜像接口用来拉取容器镜像。CRI 描述了 Kubelet 期望的容器运行时行为,主要就是我们刚刚所说的 3 个部分。

通过 CRI 操作容器的生命周期


比方说我们通过 kubectl 命令来运行一个 Pod,那么 Kubelet 就会通过 CRI 执行以下操作:


  • 首先调用 RunPodSandbox 接口来创建一个 Pod 容器,Pod 容器是用来持有容器的相关资源的,比如说网络空间、PID 空间、进程空间等资源;

  • 然后调用 CreatContainer 接口在 Pod 容器的空间创建业务容器;

  • 再调用 StartContainer 接口启动容器,相对应的销毁容器的接口为 StopContainer 与 RemoveContainer。

CRI streaming 接口

这里给大家介绍一下 CRI 的流式接口 exec。它可以用来在容器内部执行一个命令,又或者说可以 attach 到容器的 IO 流中做各种交互式的命令。它的特别之处在于,一个是节省资源,另一个是连接的可靠性。



首先 exec 操作会发送到 apiserver,经过鉴权,apiserver 将对 Kubelet Server 发起 exec 的请求,然后 Kubelet 会调用 CRI 的 exec 接口将具体的请求发至容器的运行时。这个时候,容器运行时不是直接地在 exec 接口上来服务这次请求,而是通过我们的 streaming server 来异步地返回每一次执行的结果。也就是说 apiserver 其实实际上是跟 streaming server 交互来获取我们的流式数据的。这样一来让我们的整个 CRI Server 接口更轻量、更可靠。

CRI 的一些实现

目前 CRI 的一些实现:


  • CRI-containerd

  • CRI-O

  • PouchContainer @alibaba


CRI-containerd 是目前社区中比较主流的新一代 CRI 的实现,CRI-O 来自于红帽公司,PouchContainer 是由 alibaba 实现的 CRI,其它的 CRI 实现,这里就不一一介绍了。

CRI-containerd

下图是 CRI-containerd 的架构。



这套 CRI 接口是基于 containerd 实现的。在早期的实现中,CRI 其实是作为一个独立进程的,再跟 containerd 进行交互。这样一来又多了一层进程跟进程之间的开销,因此在后来的版本中 CRI 的是直接以插件的形式实现到 containerd 中的,成为了 containerd 的一部分,从而能够可插拔地使用 CRI 接口。


整个架构看起来非常直观。这里的 Meta services、Runtime service 与 Storage service 都是 containerd 提供的接口。它们是通用的容器相关的接口,包括镜像管理、容器运行时管理等。CRI 在这之上包装了一个 gRPC 的服务。右侧就是具体的容器的实现,比如说,创建容器时就要创建具体的 runtime 和它的 shim,它们和 Container 一起组成了一个 Pod Sandbox。


CRI-containerd 的一个好处是,containerd 还额外实现了更丰富的容器接口,所以它可以用 containerd 提供的 ctr 工具来调用这些丰富的容器运行时接口,而不只是 CRI 接口。

CRI-O

下图是 CRI-O 的实现思路。



它是通过直接在 OCI 上包装容器接口来实现的一个 CRI 服务。它对外提供的只有具体的 CRI 接口,没有我们前面所提到的 containerd 提供的更丰富的接口。它主要包含两个部分,首先是对容器 runtime 的管理,另一个是对镜像的管理。

三、相关工具

下面给大家介绍一下 CRI 相关的工具。这几个工具都在特别兴趣小组的一个项目里面。


  • crictl


它是一个类似 docker 的命令行工具,用来操作 CRI 接口。它能够帮助用户和开发者调试容器问题,而不是通过 apply 一个 yaml 到 apiserver、再通过 Kubelet 操作的方式来调试。这样的链路太长,而这个命令行工具可以直接操作 CRI。


  • critest


用于验证 CRI 接口行为是否是符合预期的。


  • 性能工具


还有一些性能工具用来测试接口性能。

四、思考时间

  1. 目前 CRI 接口处于 v1 alpha2 版本,CRI 规范能不能更完善?


CRI 标准的制定是至上而下的,通过 Kubernetes 的一些 feature 反向地要求 CRI 提供这样的功能,进而完善 CRI 规范。


  1. 如何通过 annotation 方式自定义 runtime 行为?


我们目前的 CRI 肯定不能满足所有用户的需求,很多公司可能会对 CRI 接口做一些增强、定制,比如说 alibaba。最简单的方式是通过 annotation 来自定义 runtime 的行为。在每个接口都设置一个 annotation 的字段,容器运行时通过理解这些字段来去自定义 runtime 的行为。同学们可以尝试去在各个 CRI 接口中通过识别 annotation 的方式来达到自定义 runtime 行为的目的。

五、本节总结

本节课的主要内容就到此为止了,这里为大家简单总结一下:


  • CRI 介绍:CRI 的出现是为了将容器运行时与 Kubernetes 解耦开;

  • CRI 实现:CRI-O 与 CRI-containerd;

  • CRI 工具:CRI 调试工具 cri-tools, CRI 测试工具 critest。


本文转载自阿里巴巴云原生微信公众号(ID:Alicloudnative)。


相关阅读:


从零开始入门 K8s:理解 CNI 和 CNI 插件


从零开始入门 K8s:Kubernetes 网络模型进阶


从零开始入门 K8s:Kubernetes API 编程范式


从零开始入门 K8s:Kubernetes API 编程利器 Operator 和 Operator Framework


从零开始入门 K8s:有状态应用编排 - StatefulSet


从零开始入门 K8s:Kubernetes 存储架构及插件使用


从零开始入门 K8s:GPU 管理和 Device Plugin 工作机制


从零开始入门 K8s:调度器的调度流程和算法介绍


从零开始入门 K8s:Kubernetes 调度和资源管理


从零开始入门 K8s:etcd 性能优化实践


从零开始入门 K8s:手把手带你理解 etcd


从零开始入门 K8s:深入剖析 Linux 容器


从零开始入门 K8s:Kubernetes 中的服务发现与负载均衡


从零开始入门 K8s:Kubernetes 网络概念及策略控制


从零开始入门 K8s:监控与日志的可观测性


从零开始入门 K8s:应用存储和持久化数据卷:存储快照与拓扑调度


从零开始入门 K8s:应用存储和持久化数据卷的核心知识


从零开始入门 K8s:应用配置管理


从零开始入门 K8s:应用编排与管理:Job & DaemonSet


从零开始入门 K8s:应用编排与管理


从零开始入门 K8s:K8s 的应用编排与管理


从零开始入门 K8s:详解 Pod 及容器设计模式


从零开始入门 K8s:详解 K8s 容器基本概念


从零开始入门 K8s:详解 K8s 核心概念


2020-03-29 18:548021

评论

发布
暂无评论
发现更多内容

《迅雷链精品课》第七课:以太坊数据存储分析

迅雷链

区块链

理解三值逻辑与NULL,你离SQL高手更近了一步

华为云开发者联盟

sql null 逻辑

架构师训练营第 1 期-week10

习习

《华为数据之道》读书笔记:第 3章 差异化的企业数据分类管理框架

方志

数据中台 数据仓库 数据治理 元数据

马士兵最新2020涵盖P5—P8Java全栈架构师学习路线,跟着老师学我已拿P7Offer!

Java架构追梦

Java 学习 架构 面试 马士兵

有奖话题 | 如果程序员和产品经理都会凡尔赛文学,将如何对话?

YourBatman

话题讨论 凡尔赛文学

纷享销客罗旭:拐点下的中国SaaS

ToB行业头条

SaaS

架构师训练营 1 期 -- 第十周总结

曾彪彪

极客大学架构师训练营

打工人、打工魂、高效MES助力打工者都是人上人

Marilyn

敏捷开发 快速开发 MES系统

原创 | TDD工具集:JUnit、AssertJ和Mockito (二十七)运行测试-在构建工具中运行测试

编程道与术

Java 编程 TDD 单元测试 JUnit

原创 | 使用JPA实现DDD持久化-数据库连接配置:persistence.xml

编程道与术

Java hibernate 编程 mybatis jpa

大厂都是怎么用Java8代替SimpleDateFormat?

Java架构师迁哥

Alibaba最新《Java架构核心宝典》限时开放下载,互联网主流技术详解总结,提升技术能力的必备宝典!

Java架构之路

Java 程序员 架构 面试 编程语言

都是“算法”惹的祸,字节三面处处坑,我的offer要凉了?

Java~~~

字节跳动 面试 编程语言 算法和数据结构

云原生应用Go语言:你还在考虑的时候,别人已经应用实践

华为云开发者联盟

微服务 云技术 Go 语言

基于DAYU的实时作业开发,分分钟搭建企业个性化推荐平台

华为云开发者联盟

华为 算法 数据 dayu

程序员面试的时候突然遇到答不上的问题怎么办?

Java架构师迁哥

什么是堡垒机?为什么需要堡垒机?

xcbeyond

运维

接口请求(get、post、head等)详解

测试人生路

HTTP

视频作品播放量低:自媒体作者如何走出新手村

石头IT视角

英特尔与南京溧水经济技术开发区共同成立智能交通研究院

E科讯

申通快递 双11 云原生应用实践

阿里巴巴云原生

阿里云 Kubernetes 运维 云原生 监控

性能测试界“网红”云性能测试服务,了解一下?

华为云开发者联盟

CloudTest 沙箱实验 云性能测试

三分钟带你搞懂分布式链路追踪系统原理

Java架构师迁哥

我是面试官,我来分享一波面经!看看我的内心OS

比伯

Java 编程 架构 面试 技术宅

如何用CSS实现图像替换链接文本显示并保证链接可点击

陈北

CSS小技巧

为什么程序员不做外包

Java架构师迁哥

双指针算法和位运算&离散化和区间合并

落曦

LeetCode题解:169. 多数元素,分治,JavaScript,详细注释

Lee Chen

算法 大前端 LeetCode

容器化时代到来!跳转机分配问题终于“有救”了

华为云开发者联盟

容器 镜像 网络

原创 | 使用JPA实现DDD持久化-只要O,忘记R & Maven配置

编程道与术

Java hibernate 编程 mybatis jpa

从零开始入门 K8s:理解容器运行时接口 CRI_服务革新_知谨_InfoQ精选文章