Pod 中容器重啟流程

背景

測試的時候，通常需要將 Pod 中的 container 頻繁地殺死，重啟。在這個過程中，Pod 的狀態經常會出現 CrashLoopBackOff，而且 container 重啟的時間越來越長。

分析

為了避免 container 頻繁地 restart，k8s 對 container restart 過程做了限制，使用 back-off 的方法，官方文檔中的說法是：

Failed containers that are restarted by Kubelet, are restarted with an exponential back-off delay, the delay is in multiples of sync-frequency 0, 1x, 2x, 4x, 8x … capped at 5 minutes and is reset after 10 minutes of successful execution.

• https://kubernetes-v1-4.github.io/docs/user-guide/pod-states/

這里先直接給出結論：

1. 在 Pod 中 restart container 的時候（具體時機是，周期性執行 SyncPod() 的時候），Pod 會通過自身的 Status 結構找到當前這個 container（因為 Pod 中可能有多個 container）上一次退出的時間，記為 ts
2. 如果是第一次 restart，那么直接重啟 container，并且在 Kubelet 的 backOff.perItemBackoff （一個 map 結構，key 是根據 container 和所在 pod 對象計算出來的 id）中記錄下次 backoff 的時間（初始值為 10s，然后按照指數增長，最大 5min）
3. 如果不是第一次 restart，即 Kubelet 的 backOff.perItemBackoff 中已經有這個 container 的 backOff 記錄，計為 backoff，那么
   • 如果 now() - ts < backoff，表明等待的時間還不夠，拋出 CrashLoopBackOff Event（然后等到下一個 SyncPod 的周期到的時候，重新比較這個值）
   • 否則，說明已經等待 backoff 時間了，可以 restart 了，此時執行 backOff.Next()，將該容器對應的 backoff 翻倍，然后執行 restart 操作
4. 在步驟 3 中計算 backoff 的過程中，還會去檢查當前時間距離上一次 container 退出時的間隔，如果大于 2 * MaxContainerBackOff = 10 minutes，那么會將這個 container 對應的 backoff 重置為初始值 10s

源碼細節

1. kubernetes/pkg/kubelet/kubelet.go
   通過源碼發現，kubernetes/pkg/kubelet/kubelet.go 文件中有兩個常量：

   MaxContainerBackOff = 300 * time.Second
   backOffPeriod = time.Second * 10

使用這兩個變量構造了一個 BackOff 對象，這個是 kubelet 的屬性，對該 node 上所有 pod 都適用

    klet.backOff = flowcontrol.NewBackOff(backOffPeriod, MaxContainerBackOff)

BackOff 結構如下

type Backoff struct {
        sync.Mutex
        Clock           clock.Clock
        defaultDuration time.Duration
        maxDuration     time.Duration
        perItemBackoff  map[string]*backoffEntry
}

然后在 SyncPod 方法中使用這個對象

// Call the container runtime's SyncPod callback
result := kl.containerRuntime.SyncPod(pod, apiPodStatus, podStatus, pullSecrets, kl.backOff)

2. kubernetes/pkg/kubelet/kuberuntime/kuberuntime_manager.go

SyncPod 具體做的事有：

// SyncPod syncs the running pod into the desired pod by executing following steps:
//
//  1. Compute sandbox and container changes.
//  2. Kill pod sandbox if necessary.
//  3. Kill any containers that should not be running.
//  4. Create sandbox if necessary.
//  5. Create init containers.
//  6. Create normal containers.
func (m *kubeGenericRuntimeManager) SyncPod(pod *v1.Pod, _ v1.PodStatus, podStatus *kubecontainer.PodStatus, pullSecrets []v1.Secret, backOff *flowcontrol.Backoff) (result kubecontainer.PodSyncResult) {

同樣在這個文件中，有一個關鍵的函數

// If a container is still in backoff, the function will return a brief backoff error and
// a detailed error message.
    func (m *kubeGenericRuntimeManager) doBackOff(pod *v1.Pod, container *v1.Container, podStatus *kubecontainer.PodStatus, backOff *flowcontrol.Backoff) (bool, string, error) {
        var cStatus *kubecontainer.ContainerStatus
        for _, c := range podStatus.ContainerStatuses {
                if c.Name == container.Name && c.State == kubecontainer.ContainerStateExited {
                        cStatus = c
                        break
                }
        }

        if cStatus == nil {
                return false, "", nil
        }

        glog.Infof("checking backoff for container %q in pod %q", container.Name, format.Pod(pod))
        // Use the finished time of the latest exited container as the start point to calculate whether to do back-off.
        ts := cStatus.FinishedAt
        // backOff requires a unique key to identify the container.
        key := getStableKey(pod, container)
        if backOff.IsInBackOffSince(key, ts) {
                if ref, err := kubecontainer.GenerateContainerRef(pod, container); err == nil {
                        m.recorder.Eventf(ref, v1.EventTypeWarning, events.BackOffStartContainer, "Back-off restarting failed container")
                }
                err := fmt.Errorf("Back-off %s restarting failed container=%s pod=%s", backOff.Get(key), container.Name, format.Pod(pod))
                glog.Infof("%s", err.Error())
                return true, err.Error(), kubecontainer.ErrCrashLoopBackOff
        }

        backOff.Next(key, ts)
        return false, "", nil
}

其中 backOff.Next 函數定義如下

// move backoff to the next mark, capping at maxDuration
func (p *Backoff) Next(id string, eventTime time.Time) {
        p.Lock()
        defer p.Unlock()
        entry, ok := p.perItemBackoff[id]
        if !ok || hasExpired(eventTime, entry.lastUpdate, p.maxDuration) {
                entry = p.initEntryUnsafe(id)
        } else {
                delay := entry.backoff * 2 // exponential
                entry.backoff = time.Duration(integer.Int64Min(int64(delay), int64(p.maxDuration)))
        }
        entry.lastUpdate = p.Clock.Now()
}