kubernetes中etcd那些神秘事情

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kubernetes中etcd那些神秘事情


文章来源:图解源码 /原文链接

kubernetes中基于etcd实现集中的数据存储,今天来学习下基于etcd如何实现数据读取一致性、更新一致性、事务的具体实现

1. 数据的存储与版本

1.1 数据存储的转换

在k8s中有部分数据的存储是需要经过处理之后才能存储的,比如secret这种加密的数据,既然要存储就至少包含两个操作,加密存储,解密读取,transformer就是为了完成该操作而实现的,其在进行etcd数据存储的时候回对数据进行加密,而在读取的时候,则会进行解密

1.2 资源版本revision

在etcd中进行修改(增删改)操作的时候,都会递增revision,而在k8s中也通过该值来作为k8s资源的ResourceVersion,该机制也是实现watch的关键机制,在操作etcd解码从etcd获取的数据的时候,会通过versioner组件来为资源动态的修改该值

1.3 数据模型的映射

将数据从etcd中读取后,数据本身就是一个字节数组,如何将对应的数据转换成我们真正的运行时对象呢?还记得我们之前的scheme与codec么,在这里我们知道对应的数据编码格式,也知道资源对象的类型,则通过codec、字节数组、目标类型,我们就可以完成对应数据的反射

2. 查询接口一致性 

etcd中的数据写入是基于leader单点写入和集群quorum机制实现的,并不是一个强一致性的数据写入,则如果如果我们访问的节点不存在quorum的半数节点内,则可能造成短暂的数据不一致,针对一些强一致的场景,我们可以通过其revision机制来进行数据的读取, 保证我们读取到更新之后的数据

// 省略非核心代码

func (s *store) Get(ctx context.Context, key string, resourceVersion string, out runtime.Object, ignoreNotFound bool) error {

// 获取key

getResp, err := s.client.KV.Get(ctx, key, s.getOps...)


// 检测当前版本,是否达到最小版本的

if err = s.ensureMinimumResourceVersion(resourceVersion, uint64(getResp.Header.Revision)); err != nil {

return err

}


// 执行数据转换

data, _, err := s.transformer.TransformFromStorage(kv.Value, authenticatedDataString(key))

if err != nil {

return storage.NewInternalError(err.Error())

}

// 解码数据

return decode(s.codec, s.versioner, data, out, kv.ModRevision)

}

3. 创建接口实现

创建一个接口数据则会首先进行资源对象的检查,避免重复创建对象,此时会先通过资源对象的version字段来进行初步检查,然后在利用etcd的事务机制来保证资源创建的原子性操作

// 省略非核心代码

func (s *store) Create(ctx context.Context, key string, obj, out runtime.Object, ttl uint64) error {

if version, err := s.versioner.ObjectResourceVersion(obj); err == nil && version != 0 {

return errors.New("resourceVersion should not be set on objects to be created")

}

if err := s.versioner.PrepareObjectForStorage(obj); err != nil {

return fmt.Errorf("PrepareObjectForStorage failed: %v", err)

}

// 将数据编码

data, err := runtime.Encode(s.codec, obj)

if err != nil {

return err

}

// 转换数据

newData, err := s.transformer.TransformToStorage(data, authenticatedDataString(key))

if err != nil {

return storage.NewInternalError(err.Error())

}


startTime := time.Now()

// 事务操作

txnResp, err := s.client.KV.Txn(ctx).If(

notFound(key), // 如果之前不存在 这里是利用的etcd的ModRevision即修改版本为0, 寓意着对应的key不存在

).Then(

clientv3.OpPut(key, string(newData), opts...), // put修改数据

).Commit()

metrics.RecordEtcdRequestLatency("create", getTypeName(obj), startTime)

if err != nil {

return err

}

if !txnResp.Succeeded {

return storage.NewKeyExistsError(key, 0)

}


if out != nil {

// 获取对应的Revision

putResp := txnResp.Responses[0].GetResponsePut()

return decode(s.codec, s.versioner, data, out, putResp.Header.Revision)

}

return nil

}


func notFound(key string) clientv3.Cmp {

return clientv3.Compare(clientv3.ModRevision(key), "=", 0)

}

4. 删除接口的实现

删除接口主要是通过CAS和事务机制来共同实现,确保在etcd不发生异常的情况,即使并发对同个资源来进行删除操作也能保证至少有一个节点成功

// 省略非核心代码

func (s *store) conditionalDelete(ctx context.Context, key string, out runtime.Object, v reflect.Value, preconditions *storage.Preconditions, validateDeletion storage.ValidateObjectFunc) error {

startTime := time.Now()

// 获取当前的key的数据

getResp, err := s.client.KV.Get(ctx, key)

for {

// 获取当前的状态

origState, err := s.getState(getResp, key, v, false)

if err != nil {

return err

}

txnResp, err := s.client.KV.Txn(ctx).If(

clientv3.Compare(clientv3.ModRevision(key), "=", origState.rev), // 如果修改版本等于当前状态,就尝试删除

).Then(

clientv3.OpDelete(key), // 删除

).Else(

clientv3.OpGet(key), // 获取

).Commit()

if !txnResp.Succeeded {

// 获取最新的数据重试事务操作

getResp = (*clientv3.GetResponse)(txnResp.Responses[0].GetResponseRange())

klog.V(4).Infof("deletion of %s failed because of a conflict, going to retry", key)

continue

}

// 将最后一个版本的数据解码到out里面,然后返回

return decode(s.codec, s.versioner, origState.data, out, origState.rev)

}

}

5. 更新接口的实现

更新接口实现上与删除接口并无本质上的差别,但是如果多个节点同时进行更新,CAS并发操作必然会有一个节点成功,当发现已经有节点操作成功,则当前节点其实并不需要再做过多的操作,直接返回即可

// 省略非核心代码

func (s *store) GuaranteedUpdate(

ctx context.Context, key string, out runtime.Object, ignoreNotFound bool,

preconditions *storage.Preconditions, tryUpdate storage.UpdateFunc, suggestion ...runtime.Object)error {

// 获取当前key的最新数据

getCurrentState := func() (*objState, error) {

startTime := time.Now()

getResp, err := s.client.KV.Get(ctx, key, s.getOps...)

metrics.RecordEtcdRequestLatency("get", getTypeName(out), startTime)

if err != nil {

return nil, err

}

return s.getState(getResp, key, v, ignoreNotFound)

}


// 获取当前数据

var origState *objState

var mustCheckData bool

if len(suggestion) == 1 && suggestion[0] != nil {

// 如果提供了建议的数据,则会使用,

origState, err = s.getStateFromObject(suggestion[0])

if err != nil {

return err

}

//但是需要检测数据

mustCheckData = true

} else {

// 尝试重新获取数据

origState, err = getCurrentState()

if err != nil {

return err

}

}


transformContext := authenticatedDataString(key)

for {

// 检查对象是否已经更新, 主要是通过检测uuid/revision来实现

if err := preconditions.Check(key, origState.obj); err != nil {

// If our data is already up to date, return the error

if !mustCheckData {

return err

}

// 如果检查数据一致性错误,则需要重新获取

origState, err = getCurrentState()

if err != nil {

return err

}

mustCheckData = false

// Retry

continue

}


// 删除当前的版本数据revision

ret, ttl, err := s.updateState(origState, tryUpdate)

if err != nil {

// If our data is already up to date, return the error

if !mustCheckData {

return err

}


// It's possible we were working with stale data

// Actually fetch

origState, err = getCurrentState()

if err != nil {

return err

}

mustCheckData = false

// Retry

continue

}


// 编码数据

data, err := runtime.Encode(s.codec, ret)

if err != nil {

return err

}

if !origState.stale && bytes.Equal(data, origState.data) {

// 如果我们发现我们当前的数据与获取到的数据一致,则会直接跳过

if mustCheckData {

origState, err = getCurrentState()

if err != nil {

return err

}

mustCheckData = false

if !bytes.Equal(data, origState.data) {

// original data changed, restart loop

continue

}

}

if !origState.stale {

// 直接返回数据

return decode(s.codec, s.versioner, origState.data, out, origState.rev)

}

}


// 砖汉数据

newData, err := s.transformer.TransformToStorage(data, transformContext)

if err != nil {

return storage.NewInternalError(err.Error())

}


opts, err := s.ttlOpts(ctx, int64(ttl))

if err != nil {

return err

}

trace.Step("Transaction prepared")


startTime := time.Now()

// 事务更新数据

txnResp, err := s.client.KV.Txn(ctx).If(

clientv3.Compare(clientv3.ModRevision(key), "=", origState.rev),

).Then(

clientv3.OpPut(key, string(newData), opts...),

).Else(

clientv3.OpGet(key),

).Commit()

metrics.RecordEtcdRequestLatency("update", getTypeName(out), startTime)

if err != nil {

return err

}

trace.Step("Transaction committed")

if !txnResp.Succeeded {

// 重新获取数据

getResp := (*clientv3.GetResponse)(txnResp.Responses[0].GetResponseRange())

klog.V(4).Infof("GuaranteedUpdate of %s failed because of a conflict, going to retry", key)

origState, err = s.getState(getResp, key, v, ignoreNotFound)

if err != nil {

return err

}

trace.Step("Retry value restored")

mustCheckData = false

continue

}

// 获取put响应

putResp := txnResp.Responses[0].GetResponsePut()


return decode(s.codec, s.versioner, data, out, putResp.Header.Revision)

}

}

6. 未曾讲到的地方

transformer的实现和注册地方我并没有找到,只看到了几个覆盖资源类型的地方,还有list/watch接口,后续再继续学习,今天就先到这里,下次再见

kubernetes学习笔记地址: https://www.yuque.com/baxiaoshi/tyado3

END

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