自己动手写 Docker 系列 -- 6.1 ip 分配管理

const ipamDefaultAllocatorPath = "/var/run/mydocker/network/ipam/subnet.json"
// IPAM 存放IP地址分配信息type IPAM struct {  // 分配文件存放位置  SubnetAllocatorPath string  // 网段和位图算法的数组map，key是网段，value是分配的位图数组  Subnets *map[string]string}
// 初始化一个IPAMd对象var ipAllocator = &IPAM{  SubnetAllocatorPath: ipamDefaultAllocatorPath,}
// 加载网段地址分配信息func (ipam *IPAM) load() error {  if _, err := os.Stat(ipam.SubnetAllocatorPath); err != nil {    if os.IsNotExist(err) {      return nil    }    return err  }  subnetConfigFile, err := os.Open(ipam.SubnetAllocatorPath)  defer subnetConfigFile.Close()  if err != nil {    return err  }  subnetJson := make([]byte, 2000)  n, err := subnetConfigFile.Read(subnetJson)  if err != nil {    return err  }
  err = json.Unmarshal(subnetJson[:n], ipam.Subnets)  if err != nil {    return fmt.Errorf("dump allocation info err: %v", err)  }  log.Infof("load ipam file from: %s", subnetConfigFile.Name())  return nil}
// 存储网段地址分配信息func (ipam *IPAM) dump() error {  ipamConfigFileDir, _ := path.Split(ipam.SubnetAllocatorPath)  if _, err := os.Stat(ipamConfigFileDir); err != nil {    if os.IsNotExist(err) {      os.MkdirAll(ipamConfigFileDir, 0644)    } else {      return err    }  }
  subnetConfigFile, err := os.OpenFile(ipam.SubnetAllocatorPath, os.O_TRUNC|os.O_WRONLY|os.O_CREATE, 0644)  defer subnetConfigFile.Close()  if err != nil {    return err  }
  ipamConfigJson, err := json.Marshal(ipam.Subnets)  if err != nil {    return err  }  _, err = subnetConfigFile.Write(ipamConfigJson)  if err != nil {    return err  }  log.Infof("dump ipam file from: %s", ipamConfigFileDir)  return nil}
// Allocate 在网段中分配一个可用的IP地址func (ipam *IPAM) Allocate(subnet *net.IPNet) (ip net.IP, err error) {  // 存储网段中地址分配信息的数组  ipam.Subnets = &map[string]string{}
  // 从文件中加载已经分配了的网段信息  err = ipam.load()  if err != nil {    return nil, fmt.Errorf("load subnet file err: %v", err)  }
  // net.ipnet.nask.size() 返回网段的子网掩码的总长度和网段前面的固定位的长度  // 比如 127.0.0.0/8 网段的子网掩码是 255.0.0.0  // 返回的是前面255所对应的位数和总位数，即8和24  one, size := subnet.Mask.Size()
  // 如果之前没有分配过这个网段，则初始化网段的分配配置  if _, exist := (*ipam.Subnets)[subnet.String()]; !exist {    // 用0填满这个网段的配置， 1<<uint8(size-one)表示这个网段中有多少个可用的地址    // size - one 是子网掩码后面的网络位数，2^（size-one）(即1<<uint8(size-one))表示可用的IP数    (*ipam.Subnets)[subnet.String()] = strings.Repeat("0", 1<<uint8(size-one))  }
  // 遍历网段的位图数组  for c := range (*ipam.Subnets)[subnet.String()] {    // 找到网段中为0的项和数组序号，即可分配的IP    if (*ipam.Subnets)[subnet.String()][c] == '0' {      // 设置当前的序号值为1，即分配这个IP      ipalloc := []byte((*ipam.Subnets)[subnet.String()])
      // Go中字符串不能修改，通过转成byte数组，再转成字符串赋值      ipalloc[c] = '1'      (*ipam.Subnets)[subnet.String()] = string(ipalloc)
      // 这里的IP为初始IP，比如192.168.0.0/16，这里就是192.168.0.0      ip = subnet.IP
      // 通过网段的IP与上面的偏移相加计算出分配的IP地址，由于IP地址是uint的一个数组      // 需要通过数组中的每一项加所需要的值，比如网段172.16.0.0/12，数组序号是65555      // 那么在[172,16,0,0]上依次加[uint8(65555 >> 24)、[uint8(65555 >> 16)、[uint8(65555 >> 8)、[uint8(65555 >> 8)      // 即[0, 1, 0, 19],那么最后得到的172.17.0.19      for t := uint(4); t > 0; t -= 1 {        []byte(ip)[4-t] += uint8(c >> ((t - 1) * 8))      }
      // 由于IP是从1开始的，所以最后加1      ip[3] += 1      break    }  }
  // 通过dump将分配结果保存到文件中  return ip, ipam.dump()}
// Release 地址释放func (ipam *IPAM) Release(subnet *net.IPNet, ipaddr *net.IP) error {  ipam.Subnets = &map[string]string{}
  // 从文件中加载网段分配信息  err := ipam.load()  if err != nil {    return fmt.Errorf("load subnet file err: %v", err)  }
  // 计算IP地址在网段位图数组中的索引位置  index := 0  // 将IP地址转换成4个字节的表现形式  releaseIp := ipaddr.To4()  // 由于IP是从1开始分配的，所以转换成索引应减一  releaseIp[3] -= 1  // 与分配IP相反，释放IP获得索引的方式是将IP地址的每一位相减后分别左移将对应的数值加到索引上  for t := uint(4); t > 0; t -= 1 {    index += int(releaseIp[t-1]-subnet.IP[t-1]) << ((4 - t) * 8)  }  log.Infof("release index: %d", index)
  // 将分配的位图索引中的位置的值置为0  ipalloc := []byte((*ipam.Subnets)[subnet.String()])  ipalloc[index] = '0'  (*ipam.Subnets)[subnet.String()] = string(ipalloc)
  // 保存释放IP后的配置信息  return ipam.dump()}

func TestIPAM_Allocate(t *testing.T) {  // 首先把文件删除了，清理重置下环境  _ = os.RemoveAll(ipamDefaultAllocatorPath)
  // 每次释放和分配ip时，都需要重新调用下面的函数进行IPNet的获取，因为函数调用后，IPNet的值会发生变化  _, ipNet, _ := net.ParseCIDR("192.168.0.0/24")  // 第一次分配  ip1, err := ipAllocator.Allocate(ipNet)  assert.Equal(t, nil, err)  assert.Equal(t, "192.168.0.1", ip1.String())
  // 第二个ip分配  _, ipNet, _ = net.ParseCIDR("192.168.0.0/24")  ip2, err := ipAllocator.Allocate(ipNet)  assert.Equal(t, nil, err)  assert.Equal(t, "192.168.0.2", ip2.String())
  // 释放调第一个IP  _, ipNet, _ = net.ParseCIDR("192.168.0.0/24")  assert.Equal(t, nil, ipAllocator.Release(ipNet, &ip1))
  // 能分配得第一个IP  _, ipNet, _ = net.ParseCIDR("192.168.0.0/24")  ip3, err := ipAllocator.Allocate(ipNet)  assert.Equal(t, nil, err)  assert.Equal(t, "192.168.0.1", ip3.String())
  // 分配第三个IP  _, ipNet, _ = net.ParseCIDR("192.168.0.0/24")  ip4, err := ipAllocator.Allocate(ipNet)  assert.Equal(t, nil, err)  assert.Equal(t, "192.168.0.3", ip4.String())}