k8s CNI

CNI（container network interface）

为了将网络功能插件化，k8s要1.5提出了CNI标准，现在我们常用的网络如：flannel、calico等都是基于CNI标准开发的。

kubelet配置CNI

--network-plugin=cni
--cni-bin-dir=/opt/cni/bin
--cni-conf-dir=/etc/cni/net.d

/opt/cni/bin：CNI插件的存放目录
/etc/cni/net.d：插件的配置文件的存放目录

接口定义

vendor/github.com/containernetworking/cni/libcni/api.go

type CNI interface {
	AddNetworkList(net *NetworkConfigList, rt *RuntimeConf) (types.Result, error)
	DelNetworkList(net *NetworkConfigList, rt *RuntimeConf) error

	AddNetwork(net *NetworkConfig, rt *RuntimeConf) (types.Result, error)
	DelNetwork(net *NetworkConfig, rt *RuntimeConf) error
}

接口实现

下面以calico-plugin为例说明CNI的实现，calico-plugin与calico容器网络之间没有直接关系，我们通常说的calico指的是这两个东西的组合，而calico容器网络是解决不同物理机上容器之间的通信，而calico-plugin是在k8s创建Pod时为Pod设置虚拟网卡，也就是容器中的eth0和lo网卡，calico-plugin是由两个静态的二进制文件组成，由kubelet以命令行的形式调用，这两个二进制的作用如下：

calico-ipam：分配IP，维护IP池，需要依赖etcd。
calico：通过调用系统API来修改namespace中的网卡信息。

文件在物理机上的位置：

/opt/cni/
├── bin
│   ├── calico
│   ├── calico-ipam
└── net.d
    └── 10-calico.conf

calico-plugin在ETCD中维护的信息：

curl -s localhost:2379/v2/keys/calico/ipam/v2/assignment/ipv4/block | jq

calico插件配置

vim /opt/cni/net.d/10-calico.conf
{
    "name": "calico-k8s-network",
    "cniVersion": "0.1.0",
    "type": "calico",
    "etcd_endpoints": "http://127.0.0.1:2379",
    "log_level": "info",
    "ipam": {
        "type": "calico-ipam"
    },
    "kubernetes": {
        "kubeconfig": "/opt/rainbond/kubernetes/kubecfg/admin.kubeconfig"
    }
}

calico-plugin工作原理

kubelet在创建一个Pod时，会先启动puase容器，然后为这个容器添加设置网络，也就是添加网卡，这里会通过CNI调起文件系统中的/opt/cni/bin/calico，并将Pod信息通过标准输入(stdin)传递给calico进程，calico通过修改系统中Namespace达到为容器添加网卡的目的。

calico-plugin源码分析

/opt/cni/bin/calico的入口函数定义在calico.go文件中，这个文件中有三个主要函数：

main()：入口函数，主要负责从进程的标准输入(stdin)中读取kubelet传进来的json数据，然后调用cmdAdd()或是cmdDel()。
cmdAdd()：为Pod添加网卡
cmdDel()：为Pod删除网卡

我们看cmdAdd()函数的实现，cmdAdd()是个通用函数，它会根据wepIDs.Orchestrator字段的值调用calico针对k8s的实现：calico.go:190

if wepIDs.Orchestrator == api.OrchestratorKubernetes {
    if result, err = k8s.CmdAddK8s(ctx, args, conf, *wepIDs, calicoClient, endpoint); err != nil {
        return err
    }

其中k8s.CmdAddK8s()函数的主要工作如下：

调用/opt/cni/bin/calico-ipam分配一个IP：k8s/k8s.go:171

ipamResult, err := ipam.ExecAdd(conf.IPAM.Type, args.StdinData)

创建endpoint：k8s/k8s.go:243

endpoint.Name = epIDs.WEPName
endpoint.Namespace = epIDs.Namespace
endpoint.Labels = labels
endpoint.GenerateName = generateName
endpoint.Spec.Endpoint = epIDs.Endpoint
endpoint.Spec.Node = epIDs.Node
endpoint.Spec.Orchestrator = epIDs.Orchestrator
endpoint.Spec.Pod = epIDs.Pod
endpoint.Spec.Ports = ports
endpoint.Spec.IPNetworks = []string{}

创建一对veth设备，在Linux中，veth设备是两张虚拟网卡，一个在Linux的物机机上，一个在容器中，用于容器与物理机之间的通信：k8s/k8s.go:280
```
_, contVethMac, err := utils.DoNetworking(args, conf, result, logger, hostVethName)
```

将endpoint信息写入到Pod中：k8s/k8s.go:299

if _, err := utils.CreateOrUpdate(ctx, calicoClient, endpoint); err != nil {

将网卡信息写入到容器对应的Namespace中：utils/network.go:41

err = ns.WithNetNSPath(args.Netns, func(hostNS ns.NetNS) error {
veth := &netlink.Veth{
    LinkAttrs: netlink.LinkAttrs{
        Name:  contVethName,
        Flags: net.FlagUp,
        MTU:   conf.MTU,
    },
    PeerName: hostVethName,
}

将endpoint信息写入ETCD：k8s/k8s.go:229

if _, err := utils.CreateOrUpdate(ctx, calicoClient, endpoint); err != nil {
    logger.WithError(err).Error("Error creating/updating endpoint in datastore.")
    releaseIPAM()
    return nil, err
}

写入ETCD的逻辑引用了另一个项目：github.com/projectcalico/libcalico-go