关于云原生:OpenYurt-深度解析边缘网关缓存能力的优雅实现

作者 | 何淋波（新胜）
起源 | 阿里巴巴云原生公众号

阿里云边缘容器服务上线 1 年后，正式开源了云原生边缘计算解决方案 OpenYurt，跟其余开源的容器化边缘计算计划不同的中央在于：OpenYurt 秉持 Extending your native Kubernetes to edge 的理念，对 Kubernetes 零碎零批改，并提供一键式转换原生 Kubernetes 为 OpenYurt，让原生 K8s 集群具备边缘集群能力。

同时随着 OpenYurt 的继续演进，也肯定会持续放弃如下倒退理念：

非侵入式加强 K8s
放弃和云原生社区支流技术同步演进

想要实现将 Kubernetes 零碎延展到边缘计算场景，那么边缘节点将通过公网和云端连贯，网络连接有很大不可控因素，可能带来边缘业务运行的不稳固因素，这是云原生和边缘计算交融的次要难点之一。

解决这个问题，须要使边缘侧具备自治能力，即当云边网络断开或者连贯不稳固时，确保边缘业务能够继续运行。在 OpenYurt 中，该能力由 yurt-controller-manager 和 YurtHub 组件提供。

在之前的文章中，咱们具体介绍了 YurtHub 组件的能力。其架构图如下：

图片链接

YurtHub 是一个带有数据缓存性能的“通明网关”，和云端网络断连状态下，如果节点或者组件重启，各个组件（kubelet/kube-proxy 等）将从 YurtHub 中获取到业务容器相干数据，无效解决边缘自治的问题。这也意味着咱们须要实现一个轻量的带数据缓存能力的反向代理。

实现一个缓存数据的反向代理，第一想法就是从 response.Body 中读取数据，而后别离返回给申请 client 和本地的 Cache 模块。伪代码如下：

func HandleResponse(rw http.ResponseWriter, resp *http.Response) {bodyBytes, _ := ioutil.ReadAll(resp.Body)
        go func() {
                // cache response on local disk
                cacher.Write(bodyBytes)
        }

        // client reads data from response
        rw.Write(bodyBytes)
}

当深刻思考后，在 Kubernetes 零碎中，上述实现会引发上面的问题：

问题 1：流式数据须要如何解决 (如: K8s 中的 watch 申请)，象征 ioutil.ReadAll() 一次调用无奈返回所有数据。即如何能够返回流数据同时又缓存流数据。
问题 2：同时在本地缓存数据前，有可能须要对传入的 byte slice 数据先进行荡涤解决。这意味着须要批改 byte slice，或者先备份 byte slice 再解决。这样会造成内存的大量耗费，同时针对流式数据，到底申请多大的 slice 也不好解决。

针对下面的问题，咱们将问题一一形象，能够发现更优雅的实现办法。

问题 1：如何对流数据同时进行读写

针对流式数据的读写 (一边返回一边缓存)，如下图所示，其实须要的不过是把 response.Body(io.Reader) 转换成一个 io.Reader 和一个 io.Writer。或者说是一个 io.Reader 和 io.Writer 合成一个 io.Reader。这很容易就联想到 Linux 外面的 Tee 命令。

而在 Golang 中 Tee 命令是实现就是 io.TeeReader，那问题 1 的伪代码如下：

func HandleResponse(rw http.ResponseWriter, resp *http.Response) {
        // create TeeReader with response.Body and cacher
        newRespBody := io.TeeReader(resp.Body, cacher)

        // client reads data from response
        io.Copy(rw, newRespBody)
}

通过 TeeReader 的对 Response.Body 和 Cacher 的整合，当申请 client 端从 response.Body 中读取数据时，将同时向 Cache 中写入返回数据，优雅的解决了流式数据的解决。

问题 2：如何在缓存前先荡涤流数据

如下图所示，缓存前先荡涤流数据，申请端和过滤端须要同时读取 response.Body（2 次读取问题）。也就是须要将 response.Body(io.Reader) 转换成两个 io.Reader。

也意味着问题 2 转化成：问题 1 中缓存端的 io.Writer 转换成 Data Filter 的 io.Reader。其实在 Linux 命令中也能找到相似命令，就是管道。因而问题 2 的伪代码如下：

func HandleResponse(rw http.ResponseWriter, resp *http.Response) {pr, pw := io.Pipe()
        // create TeeReader with response.Body and Pipe writer
        newRespBody := io.TeeReader(resp.Body, pw)
        go func() {
                // filter reads data from response 
                io.Copy(dataFilter, pr)
        }

        // client reads data from response
        io.Copy(rw, newRespBody)
}

通过 io.TeeReader 和 io.PiPe，当申请 client 端从 response.Body 中读取数据时，Filter 将同时从 Response 读取到数据，优雅的解决了流式数据的 2 次读取问题。

最初看一下 YurtHub 中相干实现，因为 Response.Body 为 io.ReadCloser，所以实现了 dualReadCloser。同时 YurtHub 可能也面临对 http.Request 的缓存，所以减少了 isRespBody 参数用于断定是否须要负责敞开 response.Body。

// https://github.com/openyurtio/openyurt/blob/master/pkg/yurthub/util/util.go#L156
// NewDualReadCloser create an dualReadCloser object
func NewDualReadCloser(rc io.ReadCloser, isRespBody bool) (io.ReadCloser, io.ReadCloser) {pr, pw := io.Pipe()
    dr := &dualReadCloser{
        rc:         rc,
        pw:         pw,
        isRespBody: isRespBody,
    }

    return dr, pr
}

type dualReadCloser struct {
    rc io.ReadCloser
    pw *io.PipeWriter
    // isRespBody shows rc(is.ReadCloser) is a response.Body
    // or not(maybe a request.Body). if it is true(it's a response.Body),
    // we should close the response body in Close func, else not,
    // it(request body) will be closed by http request caller
    isRespBody bool
}

// Read read data into p and write into pipe
func (dr *dualReadCloser) Read(p []byte) (n int, err error) {n, err = dr.rc.Read(p)
    if n > 0 {if n, err := dr.pw.Write(p[:n]); err != nil {klog.Errorf("dualReader: failed to write %v", err)
            return n, err
        }
    }

    return
}

// Close close two readers
func (dr *dualReadCloser) Close() error {errs := make([]error, 0)
    if dr.isRespBody {if err := dr.rc.Close(); err != nil {errs = append(errs, err)
        }
    }

    if err := dr.pw.Close(); err != nil {errs = append(errs, err)
    }

    if len(errs) != 0 {return fmt.Errorf("failed to close dualReader, %v", errs)
    }

    return nil
}

在应用 dualReadCloser 时，能够在 httputil.NewSingleHostReverseProxy 的 modifyResponse() 办法中看到。代码如下：

// https://github.com/openyurtio/openyurt/blob/master/pkg/yurthub/proxy/remote/remote.go#L85
func (rp *RemoteProxy) modifyResponse(resp *http.Response) error {rambohe-ch, 10 months ago: • hello openyurt
            // 省略局部前置查看                                                          
            rc, prc := util.NewDualReadCloser(resp.Body, true)
            go func(ctx context.Context, prc io.ReadCloser, stopCh <-chan struct{}) {err := rp.cacheMgr.CacheResponse(ctx, prc, stopCh)
                if err != nil && err != io.EOF && err != context.Canceled {klog.Errorf("%s response cache ended with error, %v", util.ReqString(req), err)
                }
            }(ctx, prc, rp.stopCh)

            resp.Body = rc
}

OpenYurt 于 2020 年 9 月进入 CNCF 沙箱后，持续保持了疾速倒退和迭代，在社区同学一起致力下，目前曾经开源的能力有：

边缘自治
边缘单元化治理
云边协同运维
一键式无缝转换能力

同时在和社区同学的充沛探讨下，OpenYurt 社区也公布了 2021 roadmap，欢送有趣味的同学来一起奉献。
如果大家对 OpenYurt 感兴趣，欢送扫码退出咱们的社区交换群，以及拜访 OpenYurt 官网和 GitHub 我的项目地址：

OpenYurt 官网：https://openyurt.io
GitHub 我的项目地址：https://github.com/openyurtio/openyurt
欢送钉钉搜寻群号：31993519，退出社区交换群！

关于云原生:OpenYurt-深度解析边缘网关缓存能力的优雅实现

OpenYurt：延长原生 K8s 的能力到边缘

OpenYurt 如何解决边缘自治问题

1. YurtHub 架构

2. 第一想法

3. 优雅实现探讨

YurtHub 实现

总结