7. informer源码分析-Reflector源码分析
1.Reflector概述
Reflector 从 kube-apiserver 中 list&watch 资源对象，然后将对象的变化包装成 Delta 并将其丢到 DeltaFIFO 中。简单点来说，就是将 Etcd 的对象及其变化反射到 DeltaFIFO 中。
Reflector 首先通过 List 操作获取全量的资源对象数据，调用 DeltaFIFO 的 Replace 方法全量插入 DeltaFIFO，然后后续通过 Watch 操作根据资源对象的变化类型相应的调用 DeltaFIFO 的 Add、Update、Delete 方法，将对象及其变化插入到 DeltaFIFO 中。
Reflector 的健壮性处理机制
Reflector 有健壮性处理机制，用于处理与 apiserver 断连后重新进行 List&Watch 的场景。也是因为有这样的健壮性处理机制，所以我们一般不去直接使用客户端的 Watch 方法来处理自己的业务逻辑，而是使用 informers。
Reflector 核心操作
Reflector 的两个核心操作：（1）List&Watch；（2）将对象的变化包装成 Delta 然后扔进 DeltaFIFO。
informer概要架构图
通过下面这个 informer 的概要架构图，可以大概看到 Reflector 在整个 informer 中所处的位置及其作用。
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2.Reflector 初始化与启动分析
2.1 Reflector 结构体
先来看到 Reflector 结构体，这里重点看到以下属性：
（1）expectedType：放到 Store 中（即 DeltaFIFO 中）的对象类型；
（2）store：store 会赋值为 DeltaFIFO，具体可以看之前的 informer 初始化与启动分析即可得知，这里不再展开分析；
（3）listerWatcher：存放 list 方法和 watch 方法的 ListerWatcher interface 实现；
// k8s.io/client-go/tools/cache/reflector.go
type Reflector struct {
// name identifies this reflector. By default it will be a file:line if possible.
name string
// The name of the type we expect to place in the store. The name
// will be the stringification of expectedGVK if provided, and the
// stringification of expectedType otherwise. It is for display
// only, and should not be used for parsing or comparison.
expectedTypeName string
// The type of object we expect to place in the store.
expectedType reflect.Type
// The GVK of the object we expect to place in the store if unstructured.
expectedGVK *schema.GroupVersionKind
// The destination to sync up with the watch source
store Store
// listerWatcher is used to perform lists and watches.
listerWatcher ListerWatcher
// period controls timing between one watch ending and
// the beginning of the next one.
period time.Duration
resyncPeriod time.Duration
ShouldResync func() bool
// clock allows tests to manipulate time
clock clock.Clock
// lastSyncResourceVersion is the resource version token last
// observed when doing a sync with the underlying store
// it is thread safe, but not synchronized with the underlying store
lastSyncResourceVersion string
// lastSyncResourceVersionMutex guards read/write access to lastSyncResourceVersion
lastSyncResourceVersionMutex sync.RWMutex
// WatchListPageSize is the requested chunk size of initial and resync watch lists.
// Defaults to pager.PageSize.
WatchListPageSize int64
}
2.2 Reflector 初始化-NewReflector
NewReflector 为 Reflector 的初始化方法，返回一个 Reflector 结构体，这里主要看到初始化 Reflector 的时候，需要传入 ListerWatcher interface 的实现。
// k8s.io/client-go/tools/cache/reflector.go
func NewReflector(lw ListerWatcher, expectedType interface{}, store Store, resyncPeriod time.Duration) *Reflector {
return NewNamedReflector(naming.GetNameFromCallsite(internalPackages...), lw, expectedType, store, resyncPeriod)
}
// NewNamedReflector same as NewReflector, but with a specified name for logging
func NewNamedReflector(name string, lw ListerWatcher, expectedType interface{}, store Store, resyncPeriod time.Duration) *Reflector {
r := &Reflector{
name: name,
listerWatcher: lw,
store: store,
period: time.Second,
resyncPeriod: resyncPeriod,
clock: &clock.RealClock{},
}
r.setExpectedType(expectedType)
return r
}
2.3 ListerWatcher interface
ListerWatcher interface 定义了 Reflector 应该拥有的最核心的两个方法，即 List 与 Watch，用于全量获取资源对象以及监控资源对象的变化。关于 List 与 Watch 什么时候会被调用，怎么被调用，在后续分析 Reflector 核心处理方法的时候会详细做分析。
// k8s.io/client-go/tools/cache/listwatch.go
type Lister interface {
// List should return a list type object; the Items field will be extracted, and the
// ResourceVersion field will be used to start the watch in the right place.
List(options metav1.ListOptions) (runtime.Object, error)
}
type Watcher interface {
// Watch should begin a watch at the specified version.
Watch(options metav1.ListOptions) (watch.Interface, error)
}
type ListerWatcher interface {
Lister
Watcher
}
2.4 ListWatch struct
继续看到 ListWatch struct，其实现了 ListerWatcher interface。
// k8s.io/client-go/tools/cache/listwatch.go
type ListFunc func(options metav1.ListOptions) (runtime.Object, error)
type WatchFunc func(options metav1.ListOptions) (watch.Interface, error)
type ListWatch struct {
ListFunc ListFunc
WatchFunc WatchFunc
// DisableChunking requests no chunking for this list watcher.
DisableChunking bool
}
ListWatch的初始化
再来看到 ListWatch struct 初始化的一个例子。在 NewDeploymentInformer 初始化 Deployment 对象的 informer 中，会初始化 ListWatch struct 并定义其 ListFunc 与 WatchFunc，可以看到 ListFunc 与 WatchFunc 即为其资源对象客户端的 List 与 Watch 方法。
// staging/src/k8s.io/client-go/informers/apps/v1beta1/deployment.go
func NewDeploymentInformer(client kubernetes.Interface, namespace string, resyncPeriod time.Duration, indexers cache.Indexers) cache.SharedIndexInformer {
return NewFilteredDeploymentInformer(client, namespace, resyncPeriod, indexers, nil)
}
func NewFilteredDeploymentInformer(client kubernetes.Interface, namespace string, resyncPeriod time.Duration, indexers cache.Indexers, tweakListOptions internalinterfaces.TweakListOptionsFunc) cache.SharedIndexInformer {
return cache.NewSharedIndexInformer(
&cache.ListWatch{
ListFunc: func(options v1.ListOptions) (runtime.Object, error) {
if tweakListOptions != nil {
tweakListOptions(&options)
}
return client.AppsV1beta1().Deployments(namespace).List(options)
},
WatchFunc: func(options v1.ListOptions) (watch.Interface, error) {
if tweakListOptions != nil {
tweakListOptions(&options)
}
return client.AppsV1beta1().Deployments(namespace).Watch(options)
},
},
&appsv1beta1.Deployment{},
resyncPeriod,
indexers,
)
}
2.5 Reflector 启动入口-Run
最后来看到 Reflector 的启动入口 Run 方法，其主要是循环调用 r.ListAndWatch，该方法是 Reflector 的核心处理方法，后面会详细进行分析。另外，也可以看到 Reflector 有健壮性处理机制，即循环调用 r.ListAndWatch 方法，用于处理与 apiserver 断连后重新进行 List&Watch 的场景。也是因为有这样的健壮性处理机制，所以我们一般不去直接使用客户端的 Watch 方法来处理自己的业务逻辑，而是使用 informers。
// k8s.io/client-go/tools/cache/reflector.go
func (r *Reflector) Run(stopCh <-chan struct{}) {
klog.V(3).Infof("Starting reflector %v (%s) from %s", r.expectedTypeName, r.resyncPeriod, r.name)
wait.Until(func() {
if err := r.ListAndWatch(stopCh); err != nil {
utilruntime.HandleError(err)
}
}, r.period, stopCh)
}
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3.Reflector 核心处理方法分析
分析完了初始化与启动后，现在来看到 Reflector 的核心处理方法 ListAndWatch。
ListAndWatch
ListAndWatch 的主要逻辑分为三大块：
A.List 操作（只执行一次）：
（1）设置 ListOptions，将 ResourceVersion 设置为“0”；
（2）调用 r.listerWatcher.List 方法，执行 list 操作，即获取全量的资源对象；
（3）根据 list 回来的资源对象，获取最新的 resourceVersion；
（4）资源转换，将 list 操作获取回来的结果转换为 []runtime.Object 结构；
（5）调用 r.syncWith，根据 list 回来转换后的结果去替换 store 里的 items；
（6）调用 r.setLastSyncResourceVersion，为 Reflector 更新已被处理的最新资源对象的 resourceVersion 值；
B.Resync 操作（异步循环执行）；
（1）判断是否需要执行 Resync 操作，即重新同步；
（2）需要则调用 r.store.Resync 操作后端 store 做处理；
C.Watch 操作（循环执行）：
（1）stopCh 处理，判断是否需要退出循环；
（2）设置 ListOptions，设置 resourceVersion 为最新的 resourceVersion，即从 list 回来的最新 resourceVersion 开始执行 watch 操作；
（3）调用 r.listerWatcher.Watch，开始监听操作；
（4）watch 监听操作的错误返回处理；
（5）调用 r.watchHandler，处理 watch 操作返回来的结果，操作后端 store，新增、更新或删除 items；
// k8s.io/client-go/tools/cache/reflector.go
func (r *Reflector) ListAndWatch(stopCh <-chan struct{}) error {
klog.V(3).Infof("Listing and watching %v from %s", r.expectedTypeName, r.name)
var resourceVersion string
// A.List操作（只执行一次）
// （1）设置ListOptions，将ResourceVersion设置为“0”
// Explicitly set "0" as resource version - it's fine for the List()
// to be served from cache and potentially be delayed relative to
// etcd contents. Reflector framework will catch up via Watch() eventually.
options := metav1.ListOptions{ResourceVersion: "0"}
if err := func() error {
initTrace := trace.New("Reflector ListAndWatch", trace.Field{"name", r.name})
defer initTrace.LogIfLong(10 * time.Second)
var list runtime.Object
var err error
listCh := make(chan struct{}, 1)
panicCh := make(chan interface{}, 1)
//（2）调用r.listerWatcher.List方法，执行list操作，即获取全量的资源对象
go func() {
defer func() {
if r := recover(); r != nil {
panicCh <- r
}
}()
// Attempt to gather list in chunks, if supported by listerWatcher, if not, the first
// list request will return the full response.
pager := pager.New(pager.SimplePageFunc(func(opts metav1.ListOptions) (runtime.Object, error) {
return r.listerWatcher.List(opts)
}))
if r.WatchListPageSize != 0 {
pager.PageSize = r.WatchListPageSize
}
// Pager falls back to full list if paginated list calls fail due to an "Expired" error.
list, err = pager.List(context.Background(), options)
close(listCh)
}()
select {
case <-stopCh:
return nil
case r := <-panicCh:
panic(r)
case <-listCh:
}
if err != nil {
return fmt.Errorf("%s: Failed to list %v: %v", r.name, r.expectedTypeName, err)
}
initTrace.Step("Objects listed")
listMetaInterface, err := meta.ListAccessor(list)
if err != nil {
return fmt.Errorf("%s: Unable to understand list result %#v: %v", r.name, list, err)
}
//（3）根据list回来的资源对象，获取最新的resourceVersion
resourceVersion = listMetaInterface.GetResourceVersion()
initTrace.Step("Resource version extracted")
//（4）资源转换，将list操作获取回来的结果转换为```[]runtime.Object```结构
items, err := meta.ExtractList(list)
if err != nil {
return fmt.Errorf("%s: Unable to understand list result %#v (%v)", r.name, list, err)
}
initTrace.Step("Objects extracted")
//（5）调用r.syncWith，根据list回来转换后的结果去替换store里的items
if err := r.syncWith(items, resourceVersion); err != nil {
return fmt.Errorf("%s: Unable to sync list result: %v", r.name, err)
}
initTrace.Step("SyncWith done")
//（6）调用r.setLastSyncResourceVersion，为Reflector更新已被处理的最新资源对象的resourceVersion值
r.setLastSyncResourceVersion(resourceVersion)
initTrace.Step("Resource version updated")
return nil
}(); err != nil {
return err
}
// B.Resync操作（异步循环执行）
resyncerrc := make(chan error, 1)
cancelCh := make(chan struct{})
defer close(cancelCh)
go func() {
resyncCh, cleanup := r.resyncChan()
defer func() {
cleanup() // Call the last one written into cleanup
}()
for {
select {
case <-resyncCh:
case <-stopCh:
return
case <-cancelCh:
return
}
//（1）判断是否需要执行Resync操作，即重新同步
if r.ShouldResync == nil || r.ShouldResync() {
klog.V(4).Infof("%s: forcing resync", r.name)
//（2）需要则调用r.store.Resync操作后端store做处理
if err := r.store.Resync(); err != nil {
resyncerrc <- err
return
}
}
cleanup()
resyncCh, cleanup = r.resyncChan()
}
}()
// C.Watch操作（循环执行）
for {
//（1）stopCh处理，判断是否需要退出循环
// give the stopCh a chance to stop the loop, even in case of continue statements further down on errors
select {
case <-stopCh:
return nil
default:
}
//（2）设置ListOptions，设置resourceVersion为最新的resourceVersion，即从list回来的最新resourceVersion开始执行watch操作
timeoutSeconds := int64(minWatchTimeout.Seconds() * (rand.Float64() + 1.0))
options = metav1.ListOptions{
ResourceVersion: resourceVersion,
// We want to avoid situations of hanging watchers. Stop any wachers that do not
// receive any events within the timeout window.
TimeoutSeconds: &timeoutSeconds,
// To reduce load on kube-apiserver on watch restarts, you may enable watch bookmarks.
// Reflector doesn't assume bookmarks are returned at all (if the server do not support
// watch bookmarks, it will ignore this field).
AllowWatchBookmarks: true,
}
//（3）调用r.listerWatcher.Watch，开始监听操作
w, err := r.listerWatcher.Watch(options)
//（4）watch监听操作的错误返回处理
if err != nil {
switch err {
case io.EOF:
// watch closed normally
case io.ErrUnexpectedEOF:
klog.V(1).Infof("%s: Watch for %v closed with unexpected EOF: %v", r.name, r.expectedTypeName, err)
default:
utilruntime.HandleError(fmt.Errorf("%s: Failed to watch %v: %v", r.name, r.expectedTypeName, err))
}
// If this is "connection refused" error, it means that most likely apiserver is not responsive.
// It doesn't make sense to re-list all objects because most likely we will be able to restart
// watch where we ended.
// If that's the case wait and resend watch request.
if utilnet.IsConnectionRefused(err) {
time.Sleep(time.Second)
continue
}
return nil
}
//（5）调用r.watchHandler，处理watch操作返回来的结果，操作后端store，新增、更新或删除items
if err := r.watchHandler(w, &resourceVersion, resyncerrc, stopCh); err != nil {
if err != errorStopRequested {
switch {
case apierrs.IsResourceExpired(err):
klog.V(4).Infof("%s: watch of %v ended with: %v", r.name, r.expectedTypeName, err)
default:
klog.Warningf("%s: watch of %v ended with: %v", r.name, r.expectedTypeName, err)
}
}
return nil
}
}
}
关于 List 操作时设置的 ListOptions
这里主要讲一下 ListOptions 中的 ResourceVersion 属性的作用。
上述讲到的 Reflector 中，list 操作时将 resourceVersion 设置了为“0”，此时返回的数据是 apiserver cache 中的，并非直接读取 etcd 而来，而 apiserver cache 中的数据可能会因网络或其他原因导致与 etcd 中的数据不同。
list 操作时，resourceVersion 有三种设置方法：
（1）第一种：不设置，此时会从直接从 etcd 中读取，此时数据是最新的；
（2）第二种：设置为“0”，此时从 apiserver cache 中获取；
（3）第三种：设置为指定的 resourceVersion，获取 resourceVersion 大于指定版本的所有资源对象。
详细参考：https://kubernetes.io/zh/docs/reference/using-api/api-concepts/#resource-versions
3.1 r.syncWith
r.syncWith 方法主要是调用 r.store.Replace 方法，即根据 list 的结果去替换 store 里的 items，具体关于 r.store.Replace 方法的分析，在后续对 DeltaFIFO 进行分析时再做具体的分析。
// k8s.io/client-go/tools/cache/reflector.go
func (r *Reflector) syncWith(items []runtime.Object, resourceVersion string) error {
found := make([]interface{}, 0, len(items))
for _, item := range items {
found = append(found, item)
}
return r.store.Replace(found, resourceVersion)
}
3.2 r.setLastSyncResourceVersion
lastSyncResourceVersion 属性为 Reflector struct 的一个属性，用于存储已被 Reflector 处理的最新资源对象的 ResourceVersion，r.setLastSyncResourceVersion 方法用于更新该值。
// k8s.io/client-go/tools/cache/reflector.go
func (r *Reflector) setLastSyncResourceVersion(v string) {
r.lastSyncResourceVersionMutex.Lock()
defer r.lastSyncResourceVersionMutex.Unlock()
r.lastSyncResourceVersion = v
}
type Reflector struct {
...
lastSyncResourceVersion string
...
}
3.3 r.watchHandler
r.watchHandler 主要是处理 watch 操作返回来的结果，其主要逻辑为循环做以下操作，直至 event 事件处理完毕：
（1）从 watch 操作返回来的结果中获取 event 事件；
（2）event 事件相关错误处理；
（3）获得当前 watch 到资源的 ResourceVersion；
（4）区分 watch.Added、watch.Modified、watch.Deleted 三种类型的 event 事件，分别调用 r.store.Add、r.store.Update、r.store.Delete 做处理，具体关于 r.store.xxx 的方法分析，在后续对 DeltaFIFO 进行分析时再做具体的分析；
（5）调用 r.setLastSyncResourceVersion，为 Reflector 更新已被处理的最新资源对象的 resourceVersion 值；
// k8s.io/client-go/tools/cache/reflector.go
// watchHandler watches w and keeps *resourceVersion up to date.
func (r *Reflector) watchHandler(w watch.Interface, resourceVersion *string, errc chan error, stopCh <-chan struct{}) error {
start := r.clock.Now()
eventCount := 0
// Stopping the watcher should be idempotent and if we return from this function there's no way
// we're coming back in with the same watch interface.
defer w.Stop()
loop:
for {
select {
case <-stopCh:
return errorStopRequested
case err := <-errc:
return err
// （1）从watch操作返回来的结果中获取event事件
case event, ok := <-w.ResultChan():
// （2）event事件相关错误处理
if !ok {
break loop
}
if event.Type == watch.Error {
return apierrs.FromObject(event.Object)
}
if r.expectedType != nil {
if e, a := r.expectedType, reflect.TypeOf(event.Object); e != a {
utilruntime.HandleError(fmt.Errorf("%s: expected type %v, but watch event object had type %v", r.name, e, a))
continue
}
}
if r.expectedGVK != nil {
if e, a := *r.expectedGVK, event.Object.GetObjectKind().GroupVersionKind(); e != a {
utilruntime.HandleError(fmt.Errorf("%s: expected gvk %v, but watch event object had gvk %v", r.name, e, a))
continue
}
}
// （3）获得当前watch到资源的ResourceVersion
meta, err := meta.Accessor(event.Object)
if err != nil {
utilruntime.HandleError(fmt.Errorf("%s: unable to understand watch event %#v", r.name, event))
continue
}
newResourceVersion := meta.GetResourceVersion()
// （4）区分watch.Added、watch.Modified、watch.Deleted三种类型的event事件，分别调用r.store.Add、r.store.Update、r.store.Delete做处理
switch event.Type {
case watch.Added:
err := r.store.Add(event.Object)
if err != nil {
utilruntime.HandleError(fmt.Errorf("%s: unable to add watch event object (%#v) to store: %v", r.name, event.Object, err))
}
case watch.Modified:
err := r.store.Update(event.Object)
if err != nil {
utilruntime.HandleError(fmt.Errorf("%s: unable to update watch event object (%#v) to store: %v", r.name, event.Object, err))
}
case watch.Deleted:
// TODO: Will any consumers need access to the "last known
// state", which is passed in event.Object? If so, may need
// to change this.
err := r.store.Delete(event.Object)
if err != nil {
utilruntime.HandleError(fmt.Errorf("%s: unable to delete watch event object (%#v) from store: %v", r.name, event.Object, err))
}
case watch.Bookmark:
// A `Bookmark` means watch has synced here, just update the resourceVersion
default:
utilruntime.HandleError(fmt.Errorf("%s: unable to understand watch event %#v", r.name, event))
}
// （5）调用r.setLastSyncResourceVersion，为Reflector更新已被处理的最新资源对象的resourceVersion值
*resourceVersion = newResourceVersion
r.setLastSyncResourceVersion(newResourceVersion)
eventCount++
}
}
watchDuration := r.clock.Since(start)
if watchDuration < 1*time.Second && eventCount == 0 {
return fmt.Errorf("very short watch: %s: Unexpected watch close - watch lasted less than a second and no items received", r.name)
}
klog.V(4).Infof("%s: Watch close - %v total %v items received", r.name, r.expectedTypeName, eventCount)
return nil
}
至此 Reflector 的分析就结束了，最后来总结一下。
总结
Reflector 核心处理逻辑先来用一幅图来总结一下 Reflector 核心处理逻辑。
informer架构中的Reflector
下面这个架构图相比文章开头的informer的概要架构图，将Refletor部分详细分解了，也顺带回忆一下Reflector在informer架构中的主要作用：（1）Reflector首先通过List操作获取全量的资源对象数据，调用DeltaFIFO的Replace方法全量插入DeltaFIFO；（2）然后后续通过Watch操作根据资源对象的变化类型相应的调用DeltaFIFO的Add、Update、Delete方法，将对象及其变化插入到DeltaFIFO中。
Kubernetes源码阅读
投递谷歌等公司8个岗位 >
