client-go 之 DeltaFIFO 源码分析
1.DeltaFIFO 概述
先从名字上来看,DeltaFIFO,首先它是一个 FIFO,也就是一个先进先出的队列,而 Delta 代表变化的资源对象,其包含资源对象数据本身及其变化类型。
Delta 的组成:
type Delta struct {
Type DeltaType
Object interface{}
}
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DeltaFIFO 的组成:
type DeltaFIFO struct {
...
items map[string]Deltas
queue []string
...
}
type Deltas []Delta
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具体来说,DeltaFIFO 存储着 map[object key]Deltas 以及 object key 的 queue,Delta 装有对象数据及对象的变化类型。输入输出方面,Reflector 负责 DeltaFIFO 的输入,Controller 负责处理 DeltaFIFO 的输出。
一个对象能算出一个唯一的 object key,其对应着一个 Deltas,所以一个对象对应着一个 Deltas。
而目前 Delta 有 4 种 Type,分别是: Added、Updated、Deleted、Sync。针对同一个对象,可能有多个不同 Type 的 Delta 元素在 Deltas 中,表示对该对象做了不同的操作,另外,也可能有多个相同 Type 的 Delta 元素在 Deltas 中(除 Deleted 外,Delted 类型会被去重),比如短时间内,多次对某一个对象进行了更新操作,那么就会有多个 Updated 类型的 Delta 放入 Deltas 中。
2.DeltaFIFO 的定义与初始化分析
2.1 DeltaFIFO struct
DeltaFIFO struct 定义了 DeltaFIFO 的一些属性,下面挑几个重要的分析一下。
(1)lock:读写锁,操作 DeltaFIFO 中的 items 与 queue 之前都要先加锁;
(2)items:是个 map,key 根据对象算出,value 为 Deltas 类型;
(3)queue:存储对象 key 的队列;
(4)keyFunc:计算对象 key 的函数;
// staging/src/k8s.io/client-go/tools/cache/delta_fifo.go
type DeltaFIFO struct {
// lock/cond protects access to 'items' and 'queue'.
lock sync.RWMutex
cond sync.Cond
// We depend on the property that items in the set are in
// the queue and vice versa, and that all Deltas in this
// map have at least one Delta.
items map[string]Deltas
queue []string
// populated is true if the first batch of items inserted by Replace() has been populated
// or Delete/Add/Update was called first.
populated bool
// initialPopulationCount is the number of items inserted by the first call of Replace()
initialPopulationCount int
// keyFunc is used to make the key used for queued item
// insertion and retrieval, and should be deterministic.
keyFunc KeyFunc
// knownObjects list keys that are "known", for the
// purpose of figuring out which items have been deleted
// when Replace() or Delete() is called.
knownObjects KeyListerGetter
// Indication the queue is closed.
// Used to indicate a queue is closed so a control loop can exit when a queue is empty.
// Currently, not used to gate any of CRED operations.
closed bool
closedLock sync.Mutex
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type Deltas
再来看一下 Deltas 类型,是 Delta 的切片类型。
type Delta
继续看到 Delta 类型,其包含两个属性:
(1)Type:代表的是 Delta 的类型,有 Added、Updated、Deleted、Sync 四个类型;
(2)Object:存储的资源对象,如 pod 等资源对象;
type Delta struct {
Type DeltaType
Object interface{}
}
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// staging/src/k8s.io/client-go/tools/cache/delta_fifo.go
type DeltaType string
// Change type definition
const (
Added DeltaType = "Added"
Updated DeltaType = "Updated"
Deleted DeltaType = "Deleted"
// The other types are obvious. You'll get Sync deltas when:
// * A watch expires/errors out and a new list/watch cycle is started.
// * You've turned on periodic syncs.
// (Anything that trigger's DeltaFIFO's Replace() method.)
Sync DeltaType = "Sync"
)
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2.2 DeltaFIFO 初始化-NewDeltaFIFO
NewDeltaFIFO 初始化了一个 items 和 queue 都为空的 DeltaFIFO 并返回。
// staging/src/k8s.io/client-go/tools/cache/delta_fifo.go
func NewDeltaFIFO(keyFunc KeyFunc, knownObjects KeyListerGetter) *DeltaFIFO {
f := &DeltaFIFO{
items: map[string]Deltas{},
queue: []string{},
keyFunc: keyFunc,
knownObjects: knownObjects,
}
f.cond.L = &f.lock
return f
}
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3.DeltaFIFO 核心处理方法分析
在前面分析 Reflector 时,Reflector 的核心处理方法里有调用过几个方法,分别是 r.store.Replace、r.store.Add、r.store.Update、r.store.Delete,结合前面文章的 k8s informer 的初始化与启动分析,或者简要的看一下下面的代码调用,就可以知道 Reflector 里的 r.store 其实就是 DeltaFIFO,而那几个方法其实就是 DeltaFIFO 的 Replace、Add、Update、Delete 方法。
sharedIndexInformer.Run 方法中调用 NewDeltaFIFO 初始化了 DeltaFIFO,随后将 DeltaFIFO 作为参数传入初始化 Config;
func (s *sharedIndexInformer) Run(stopCh <-chan struct{}) {
...
fifo := NewDeltaFIFO(MetaNamespaceKeyFunc, s.indexer)
cfg := &Config{
Queue: fifo,
...
}
func() {
...
s.controller = New(cfg)
...
}()
...
s.controller.Run(stopCh)
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在 controller 的 Run 方法中,调用 NewReflector 初始化 Reflector 时,将之前的 DeltaFIFO 传入,赋值给 Reflector 的 store 属性,所以 Reflector 里的 r.store 其实就是 DeltaFIFO,而调用的 r.store.Replace、r.store.Add、r.store.Update、r.store.Delete 方法其实就是 DeltaFIFO 的 Replace、Add、Update、Delete 方法。
func (c *controller) Run(stopCh <-chan struct{}) {
...
r := NewReflector(
c.config.ListerWatcher,
c.config.ObjectType,
c.config.Queue,
c.config.FullResyncPeriod,
)
...
}
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func NewReflector(lw ListerWatcher, expectedType interface{}, store Store, resyncPeriod time.Duration) *Reflector {
return NewNamedReflector(naming.GetNameFromCallsite(internalPackages...), lw, expectedType, store, resyncPeriod)
}
func NewNamedReflector(name string, lw ListerWatcher, expectedType interface{}, store Store, resyncPeriod time.Duration) *Reflector {
r := &Reflector{
...
store: store,
...
}
...
return r
}
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所以这里对 DeltaFIFO 核心处理方法进行分析,主要是分析 DeltaFIFO 的 Replace、Add、Update、Delete 方法。
3.1 DeltaFIFO.Add
DeltaFIFO 的 Add 操作,主要逻辑:
(1)加锁;
(2)调用 f.queueActionLocked,操作 DeltaFIFO 中的 queue 与 Deltas,根据对象 key 构造 Added 类型的新 Delta 追加到相应的 Deltas 中;
(3)释放锁。
func (f *DeltaFIFO) Add(obj interface{}) error {
f.lock.Lock()
defer f.lock.Unlock()
f.populated = true
return f.queueActionLocked(Added, obj)
}
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可以看到基本上 DeltaFIFO 所有的操作都有加锁操作,所以都是并发安全的。
3.1.1 DeltaFIFO.queueActionLocked
queueActionLocked 负责操作 DeltaFIFO 中的 queue 与 Deltas,根据对象 key 构造新的 Delta 追加到对应的 Deltas 中,主要逻辑:
(1)计算出对象的 key;
(2)构造新的 Delta,将新的 Delta 追加到 Deltas 末尾;
(3)调用 dedupDeltas 将 Delta 去重(目前只将 Deltas 最末尾的两个 delete 类型的 Delta 去重);
(4)判断对象的 key 是否在 queue 中,不在则添加入 queue 中;
(5)根据对象 key 更新 items 中的 Deltas;
(6)通知所有的消费者解除阻塞;
func (f *DeltaFIFO) queueActionLocked(actionType DeltaType, obj interface{}) error {
//(1)计算出对象的key
id, err := f.KeyOf(obj)
if err != nil {
return KeyError{obj, err}
}
//(2)构造新的Delta,将新的Delta追加到Deltas末尾
newDeltas := append(f.items[id], Delta{actionType, obj})
//(3)调用dedupDeltas将Delta去重(目前只将Deltas最末尾的两个delete类型的Delta去重)
newDeltas = dedupDeltas(newDeltas)
if len(newDeltas) > 0 {
//(4)判断对象的key是否在queue中,不在则添加入queue中
if _, exists := f.items[id]; !exists {
f.queue = append(f.queue, id)
}
//(5)根据对象key更新items中的Deltas
f.items[id] = newDeltas
//(6)通知所有的消费者解除阻塞
f.cond.Broadcast()
} else {
// We need to remove this from our map (extra items in the queue are
// ignored if they are not in the map).
delete(f.items, id)
}
return nil
}
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3.2 DeltaFIFO.Update
DeltaFIFO 的 Update 操作,主要逻辑:
(1)加锁;
(2)调用 f.queueActionLocked,操作 DeltaFIFO 中的 queue 与 Deltas,根据对象 key 构造 Updated 类型的新 Delta 追加到相应的 Deltas 中;
(3)释放锁。
func (f *DeltaFIFO) Update(obj interface{}) error {
f.lock.Lock()
defer f.lock.Unlock()
f.populated = true
return f.queueActionLocked(Updated, obj)
}
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3.3 DeltaFIFO.Delete
DeltaFIFO 的 Delete 操作,主要逻辑:
(1)计算出对象的 key;
(2)加锁;
(3)items 中不存在对象 key,则直接 return,跳过处理;
(4)调用 f.queueActionLocked,操作 DeltaFIFO 中的 queue 与 Deltas,根据对象 key 构造 Deleted 类型的新 Delta 追加到相应的 Deltas 中;
(5)释放锁。
func (f *DeltaFIFO) Delete(obj interface{}) error {
id, err := f.KeyOf(obj)
if err != nil {
return KeyError{obj, err}
}
f.lock.Lock()
defer f.lock.Unlock()
f.populated = true
// informer的用法中,f.knownObjects不为nil
if f.knownObjects == nil {
if _, exists := f.items[id]; !exists {
// Presumably, this was deleted when a relist happened.
// Don't provide a second report of the same deletion.
return nil
}
} else {
// We only want to skip the "deletion" action if the object doesn't
// exist in knownObjects and it doesn't have corresponding item in items.
// Note that even if there is a "deletion" action in items, we can ignore it,
// because it will be deduped automatically in "queueActionLocked"
_, exists, err := f.knownObjects.GetByKey(id)
_, itemsExist := f.items[id]
if err == nil && !exists && !itemsExist {
// Presumably, this was deleted when a relist happened.
// Don't provide a second report of the same deletion.
return nil
}
}
return f.queueActionLocked(Deleted, obj)
}
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3.4 DeltaFIFO.Replace
DeltaFIFO 的 Replace 操作,主要逻辑:
(1)加锁;
(2)遍历 list,计算对象的 key,循环调用 f.queueActionLocked,操作 DeltaFIFO 中的 queue 与 Deltas,根据对象 key 构造 Sync 类型的新 Delta 追加到相应的 Deltas 中;
(3)对比 DeltaFIFO 中的 items 与 Replace 方法的 list,如果 DeltaFIFO 中的 items 有,但传进来 Replace 方法的 list 中没有某个 key,则调用 f.queueActionLocked,操作 DeltaFIFO 中的 queue 与 Deltas,根据对象 key 构造 Deleted 类型的新 Delta 追加到相应的 Deltas 中(避免重复,使用 DeletedFinalStateUnknown 包装对象);
(4)释放锁;
// staging/src/k8s.io/client-go/tools/cache/delta_fifo.go
func (f *DeltaFIFO) Replace(list []interface{}, resourceVersion string) error {
//(1)加锁
f.lock.Lock()
//(4)释放锁
defer f.lock.Unlock()
keys := make(sets.String, len(list))
//(2)遍历list,计算对象的key,循环调用f.queueActionLocked,操作DeltaFIFO中的queue与Deltas,根据对象key构造Sync类型的新Delta追加到相应的Deltas中
for _, item := range list {
key, err := f.KeyOf(item)
if err != nil {
return KeyError{item, err}
}
keys.Insert(key)
if err := f.queueActionLocked(Sync, item); err != nil {
return fmt.Errorf("couldn't enqueue object: %v", err)
}
}
// informer的用法中,f.knownObjects不为nil
if f.knownObjects == nil {
// Do deletion detection against our own list.
queuedDeletions := 0
for k, oldItem := range f.items {
if keys.Has(k) {
continue
}
var deletedObj interface{}
if n := oldItem.Newest(); n != nil {
deletedObj = n.Object
}
queuedDeletions++
if err := f.queueActionLocked(Deleted, DeletedFinalStateUnknown{k, deletedObj}); err != nil {
return err
}
}
if !f.populated {
f.populated = true
// While there shouldn't be any queued deletions in the initial
// population of the queue, it's better to be on the safe side.
f.initialPopulationCount = len(list) + queuedDeletions
}
return nil
}
//(3)找出DeltaFIFO中的items有,但传进来Replace方法的list中没有的key,调用f.queueActionLocked,操作DeltaFIFO中的queue与Deltas,根据对象key构造Deleted类型的新Delta追加到相应的Deltas中(避免重复,使用DeletedFinalStateUnknown包装对象)
// Detect deletions not already in the queue.
knownKeys := f.knownObjects.ListKeys()
queuedDeletions := 0
for _, k := range knownKeys {
if keys.Has(k) {
continue
}
deletedObj, exists, err := f.knownObjects.GetByKey(k)
if err != nil {
deletedObj = nil
klog.Errorf("Unexpected error %v during lookup of key %v, placing DeleteFinalStateUnknown marker without object", err, k)
} else if !exists {
deletedObj = nil
klog.Infof("Key %v does not exist in known objects store, placing DeleteFinalStateUnknown marker without object", k)
}
queuedDeletions++
if err := f.queueActionLocked(Deleted, DeletedFinalStateUnknown{k, deletedObj}); err != nil {
return err
}
}
// 第一次调用Replace方法后,populated值为true
if !f.populated {
f.populated = true
// initialPopulationCount代表第一次调用Replace方法加入DeltaFIFO中的items数量
f.initialPopulationCount = len(list) + queuedDeletions
}
return nil
}
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3.5 DeltaFIFO.Pop
DeltaFIFO 的 Pop 操作,queue 为空时会阻塞,直至非空,主要逻辑:
(1)加锁;
(2)循环判断 queue 的长度是否为 0,为 0 则阻塞住,调用 f.cond.Wait(),等待通知(与 queueActionLocked 方法中的 f.cond.Broadcast()相对应,即 queue 中有对象 key 则发起通知);
(3)取出 queue 的队头对象 key;
(4)更新 queue,把 queue 中所有的对象 key 前移,相当于把第一个对象 key 给 pop 出去;
(5)initialPopulationCount 变量减 1,当减到 0 时则说明 initialPopulationCount 代表第一次调用 Replace 方法加入 DeltaFIFO 中的对象 key 已经被 pop 完成;
(6)根据对象 key 从 items 中获取 Deltas;
(7)把 Deltas 从 items 中删除;
(8)调用 PopProcessFunc 处理获取到的 Deltas;
(9)释放锁。
// staging/src/k8s.io/client-go/tools/cache/delta_fifo.go
func (f *DeltaFIFO) Pop(process PopProcessFunc) (interface{}, error) {
//(1)加锁
f.lock.Lock()
//(9)释放锁
defer f.lock.Unlock()
//(2)循环判断queue的长度是否为0,为0则阻塞住,调用f.cond.Wait(),等待通知(与queueActionLocked方法中的f.cond.Broadcast()相对应,即queue中有对象key则发起通知)
for {
for len(f.queue) == 0 {
// When the queue is empty, invocation of Pop() is blocked until new item is enqueued.
// When Close() is called, the f.closed is set and the condition is broadcasted.
// Which causes this loop to continue and return from the Pop().
if f.IsClosed() {
return nil, ErrFIFOClosed
}
f.cond.Wait()
}
//(3)取出queue的队头对象key
id := f.queue[0]
//(4)更新queue,把queue中所有的对象key前移,相当于把第一个对象key给pop出去
f.queue = f.queue[1:]
//(5)initialPopulationCount变量减1,当减到0时则说明initialPopulationCount代表第一次调用Replace方法加入DeltaFIFO中的对象key已经被pop完成
if f.initialPopulationCount > 0 {
f.initialPopulationCount--
}
//(6)根据对象key从items中获取对象
item, ok := f.items[id]
if !ok {
// Item may have been deleted subsequently.
continue
}
//(7)把对象从items中删除
delete(f.items, id)
//(8)调用PopProcessFunc处理pop出来的对象
err := process(item)
if e, ok := err.(ErrRequeue); ok {
f.addIfNotPresent(id, item)
err = e.Err
}
// Don't need to copyDeltas here, because we're transferring
// ownership to the caller.
return item, err
}
}
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3.6 DeltaFIFO.HasSynced
HasSynced 从字面意思上看代表是否同步完成,是否同步完成其实是指第一次从 kube-apiserver 中获取到的全量的对象是否全部从 DeltaFIFO 中 pop 完成,全部 pop 完成,说明 list 回来的对象已经全部同步到了 Indexer 缓存中去了。
方法是否返回 true 是根据 populated 和 initialPopulationCount 两个变量来判断的,当且仅当 populated 为 true 且 initialPopulationCount 为 0 的时候方法返回 true,否则返回 false。
populated 属性值在第一次调用 DeltaFIFO 的 Replace 方法中就已经将其值设置为 true。
而 initialPopulationCount 的值在第一次调用 DeltaFIFO 的 Replace 方法中设置值为加入到 items 中的 Deltas 的数量,然后每 pop 一个 Deltas,则 initialPopulationCount 的值减 1,pop 完成时值则为 0。
// staging/src/k8s.io/client-go/tools/cache/delta_fifo.go
func (f *DeltaFIFO) HasSynced() bool {
f.lock.Lock()
defer f.lock.Unlock()
return f.populated && f.initialPopulationCount == 0
}
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在前面做 informer 的初始化与启动分析时也提到过,DeltaFIFO.HasSynced 方法的调用链如下:
sharedIndexInformer.WaitForCacheSync --> cache.WaitForCacheSync --> sharedIndexInformer.controller.HasSynced --> controller.config.Queue.HasSynced --> DeltaFIFO.HasSynced
至此 DeltaFIFO 的分析就结束了,最后来总结一下。
总结
DeltaFIFO 核心处理方法
Reflector 调用的r.store.Replace
、r.store.Add
、r.store.Update
、r.store.Delete
方法其实就是 DeltaFIFO 的 Replace、Add、Update、Delete 方法。
(1)DeltaFIFO.Replace:构造 Sync 类型的 Delta 加入 DeltaFIFO 中,此外还会对比 DeltaFIFO 中的 items 与 Replace 方法的 list,如果 DeltaFIFO 中的 items 有,但传进来 Replace 方法的 list 中没有某个 key,则构造 Deleted 类型的 Delta 加入 DeltaFIFO 中;
(2)DeltaFIFO.Add:构建 Added 类型的 Delta 加入 DeltaFIFO 中;
(3)DeltaFIFO.Update:构建 Updated 类型的 Delta 加入 DeltaFIFO 中;
(4)DeltaFIFO.Delete:构建 Deleted 类型的 Delta 加入 DeltaFIFO 中;
(5)DeltaFIFO.Pop:从 DeltaFIFO 的 queue 中 pop 出队头 key,从 map 中取出 key 对应的 Deltas 返回,并把该key:Deltas
从 map 中移除;
(6)DeltaFIFO.HasSynced:返回 true 代表同步完成,是否同步完成指第一次从 kube-apiserver 中获取到的全量的对象是否全部从 DeltaFIFO 中 pop 完成,全部 pop 完成,说明 list 回来的对象已经全部同步到了 Indexer 缓存中去了;
informer 架构中的 DeltaFIFO
在对 informer 中的 DeltaFIFO 分析完之后,接下来将分析 informer 中的 Controller 与 Processor。
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