k8s与网络--Flannel源码分析

摘要：今天主要针对版本进行源码分析。外部接口的定义如下创建子网管理器负责子网的创建更新添加删除监听等，主要和打交道定义续约。在到期之前，子网管理器调用该方法进行续约。

之前在k8s与网络--Flannel解读一文中，我们主要讲了Flannel整体的工作原理。今天主要针对Flannel v0.10.0版本进行源码分析。首先需要理解三个比较重要的概念：

网络（Network）：整个集群中分配给 flannel 要管理的网络地址范围

子网（Subnet）：flannel 所在的每台主机都会管理 network 中一个子网，子网的掩码和范围是可配置的

后端（Backend）：使用什么样的后端网络模型，比如默认的 udp，还是 vxlan 等

整体的代码组织如下：

除了可执行文件的入口 main.go之外，有backend，network，pkg和subnet这么几个代码相关的文件夹。

network主要是iptables相关。主要是供main函数根据设置进行MasqRules和ForwardRules规则的设定。

pkg主要是抽象封装的ip功能库。

backed 主要是后端实现，目前支持 udp、vxlan、host-gw 等。

subnet 子网管理。主要支持etcdv2和k8s两种实现。

从main函数开始分析，主要步骤如下：

if opts.subnetLeaseRenewMargin >= 24*60 || opts.subnetLeaseRenewMargin <= 0 {
        log.Error("Invalid subnet-lease-renew-margin option, out of acceptable range")
        os.Exit(1)
    }

需要小于等于24h，大于0。

假如主机有多个网卡，flannel会使用哪一个？
这就和咱们前面提到的iface和iface-regex两个参数有关。这两个参数每一个可以指定多个。flannel将按照下面的优先顺序来选取：
1) 如果”–iface”和”—-iface-regex”都未指定时，则直接选取默认路由所使用的输出网卡

2) 如果”–iface”参数不为空，则依次遍历其中的各个实例，直到找到和该网卡名或IP匹配的实例为止

3) 如果”–iface-regex”参数不为空，操作方式和2)相同，唯一不同的是使用正则表达式去匹配

最后，对于集群间交互的Public IP，我们同样可以通过启动参数”–public-ip”进行指定。否则，将使用上文中获取的网卡的IP作为Public IP。

外部接口的定义如下：

type ExternalInterface struct {
    Iface     *net.Interface
    IfaceAddr net.IP
    ExtAddr   net.IP
}

func newSubnetManager() (subnet.Manager, error) {
    if opts.kubeSubnetMgr {
        return kube.NewSubnetManager(opts.kubeApiUrl, opts.kubeConfigFile)
    }

    cfg := &etcdv2.EtcdConfig{
        Endpoints: strings.Split(opts.etcdEndpoints, ","),
        Keyfile:   opts.etcdKeyfile,
        Certfile:  opts.etcdCertfile,
        CAFile:    opts.etcdCAFile,
        Prefix:    opts.etcdPrefix,
        Username:  opts.etcdUsername,
        Password:  opts.etcdPassword,
    }

    // Attempt to renew the lease for the subnet specified in the subnetFile
    prevSubnet := ReadSubnetFromSubnetFile(opts.subnetFile)

    return etcdv2.NewLocalManager(cfg, prevSubnet)
}

子网管理器负责子网的创建、更新、添加、删除、监听等，主要和 etcd 打交道,定义：

type Manager interface {
    GetNetworkConfig(ctx context.Context) (*Config, error)
    AcquireLease(ctx context.Context, attrs *LeaseAttrs) (*Lease, error)
    RenewLease(ctx context.Context, lease *Lease) error
    WatchLease(ctx context.Context, sn ip.IP4Net, cursor interface{}) (LeaseWatchResult, error)
    WatchLeases(ctx context.Context, cursor interface{}) (LeaseWatchResult, error)

    Name() string
}

RenewLease 续约。在lease到期之前，子网管理器调用该方法进行续约。

GetNetworkConfig 获取本机的subnet配置，进行一些初始化的工作。

config, err := getConfig(ctx, sm)
    if err == errCanceled {
        wg.Wait()
        os.Exit(0)
    }

这个配置主要是管理网络的配置，需要在flannel启动之前写到etcd中。例如：

{
    "Network": "10.0.0.0/8",
    "SubnetLen": 20,
    "SubnetMin": "10.10.0.0",
    "SubnetMax": "10.99.0.0",
    "Backend": {
        "Type": "udp",
        "Port": 7890
    }
}

/coreos.com/network/config 保存着上面网络配置数据。
详细解读一下：

SubnetLen表示每个主机分配的subnet大小，我们可以在初始化时对其指定，否则使用默认配置。在默认配置的情况下，如果集群的网络地址空间大于/24，则SubnetLen配置为24，否则它比集群网络地址空间小1，例如集群的大小为/25，则SubnetLen的大小为/26

SubnetMin是集群网络地址空间中最小的可分配的subnet，可以手动指定，否则默认配置为集群网络地址空间中第一个可分配的subnet。

SubnetMax表示最大可分配的subnet

BackendType为使用的backend的类型，如未指定，则默认为“udp”

Backend中会包含backend的附加信息，例如backend为vxlan时，其中会存储vtep设备的mac地址

    bm := backend.NewManager(ctx, sm, extIface)
    be, err := bm.GetBackend(config.BackendType)
    if err != nil {
        log.Errorf("Error fetching backend: %s", err)
        cancel()
        wg.Wait()
        os.Exit(1)
    }

    bn, err := be.RegisterNetwork(ctx, config)
    if err != nil {
        log.Errorf("Error registering network: %s", err)
        cancel()
        wg.Wait()
        os.Exit(1)
    }

...

log.Info("Running backend.")
    wg.Add(1)
    go func() {
        bn.Run(ctx)
        wg.Done()
    }()

backend管理器

type manager struct {
    ctx      context.Context
    sm       subnet.Manager
    extIface *ExternalInterface
    mux      sync.Mutex
    active   map[string]Backend
    wg       sync.WaitGroup
}

主要是提供了GetBackend(backendType string) (Backend, error)方法，根据配置文件的设置backend标志，生产对应的backend。
此处注意

    go func() {
        <-bm.ctx.Done()

        // TODO(eyakubovich): this obviosly introduces a race.
        // GetBackend() could get called while we are here.
        // Currently though, all backends" Run exit only
        // on shutdown

        bm.mux.Lock()
        delete(bm.active, betype)
        bm.mux.Unlock()

        bm.wg.Done()
    }()

在生产backend以后，会启动一个协程，在flanneld退出运行之前，将会执行激活的backend map中删除操作。

最后run方法：

func (n *RouteNetwork) Run(ctx context.Context) {
    wg := sync.WaitGroup{}

    log.Info("Watching for new subnet leases")
    evts := make(chan []subnet.Event)
    wg.Add(1)
    go func() {
        subnet.WatchLeases(ctx, n.SM, n.SubnetLease, evts)
        wg.Done()
    }()

    n.routes = make([]netlink.Route, 0, 10)
    wg.Add(1)
    go func() {
        n.routeCheck(ctx)
        wg.Done()
    }()

    defer wg.Wait()

    for {
        select {
        case evtBatch := <-evts:
            n.handleSubnetEvents(evtBatch)

        case <-ctx.Done():
            return
        }
    }
}

run方法中主要是执行：

subnet 负责和 etcd 交互，把 etcd 中的信息转换为 flannel 的子网数据结构，并对 etcd 进行子网和网络的监听；

backend 接受 subnet 的监听事件，并做出对应的处理。

事件主要是subnet.EventAdded和subnet.EventRemoved两个。
添加子网事件发生时的处理步骤：检查参数是否正常，根据参数构建路由表项，把路由表项添加到主机，把路由表项添加到自己的数据结构中。

删除子网事件发生时的处理步骤：检查参数是否正常，根据参数构建路由表项，把路由表项从主机删除，把路由表项从管理的数据结构中删除

除了上面的核心的逻辑，还有一些iptables规则和SubnetFile相关的操作。

// Set up ipMasq if needed
    if opts.ipMasq {
        go network.SetupAndEnsureIPTables(network.MasqRules(config.Network, bn.Lease()))
    }

    // Always enables forwarding rules. This is needed for Docker versions >1.13 (https://docs.docker.com/engine/userguide/networking/default_network/container-communication/#container-communication-between-hosts)
    // In Docker 1.12 and earlier, the default FORWARD chain policy was ACCEPT.
    // In Docker 1.13 and later, Docker sets the default policy of the FORWARD chain to DROP.
    go network.SetupAndEnsureIPTables(network.ForwardRules(config.Network.String()))

可以看出主要是调用了network文件里的SetupAndEnsureIPTables方法。
PS
在Docker 1.13及更高版本中，Docker设置了FORWARD的默认策略是drop,所以需要flannel做一些工作。