CN111740869B - 基于物理网卡的kubernetes网络实现方法、系统、设备及介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于物理网卡的kubernetes网络实现方法、系统、设备及介质。基于物理网卡的kubernetes网络实现方法，包括：准备kubernetes物理环境，确定用于部署Master节点的服务器个数M和用于部署服务的Node节点服务器个数N；部署kubernetes平台所需要的基本软件依赖环境，配置基于物理网卡的kubernetes网络CNI插件；在容器配置文件Yaml文件中配置容器使用物理网卡搭建kubernetes网络。基于物理网卡的kubernetes网络实现系统，包括：环境搭建工具；部署容器；网络搭建工具。基于物理网卡的kubernetes网络实现设备，所述设备包括存储装置和处理器，所述存储装置用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述处理器执行时，所述处理器实现如所述基于物理网卡的kubernetes网络实现方法。本发明提供一种计算机可读存储介质。

Description

基于物理网卡的kubernetes网络实现方法、系统、设备及介质
技术领域
本发明涉及云计算网络技术领域，特别是涉及一种基于物理网卡的kubernetes网络实现方法、系统、设备及介质。
背景技术
Kubernetes作为当前最被业界广泛认可的容器编排系统，并且大部分云服务提供商都将其作为云原生应用部署的解决方案。自google公布kubernetes源码以来，它让企业可以像使用一台计算机一样使用集群的云计算资源，提高了计算机资源的使用效率，解决了应用的自动化部署、弹性伸缩、生命周期管理等诸多问题。
kubernetes网络一直是kubernetes整个知识框架的技术难点，但kubernetes网络也是kubernetes部署过程的关键点。一直以来，kubernetes网络的发展方向是希望通过插件的方式来集成不同的网络方案，容器网络接口（Container Network Interface，简称CNI）就是这一努力的结果。CNI只专注解决容器网络连接和容器销毁时的资源释放，提供一套框架，所以CNI可以支持大量不同的网络模式，并且容易实现。企业可以根据自己业务的需求部署符合自己特点的网络架构。
现有的kubernetes网络方案中大多数都是采用虚拟网卡技术完成kubernetes网络部署，比较经典的有flannel，calico，weave等等均用到虚拟网卡对（veth pair）技术来实现容器与外部通信。虚拟化网卡技术的使用虽然节约了网卡资源，但是该技术也使得容器内网卡的性能难以和物理网卡相媲美。
从现有kubernetes网络来看，大都是使用虚拟网卡对的方式来实现kubernetes网络，这种veth pair方式处理流量会经过内核的处理，对于大流量的业务，很难满足其性能要求。
发明内容
基于此，本发明的目的在于，提供一种基于物理网卡的kubernetes网络实现方法、系统、设备及介质。
第一方面，本发明的一种基于物理网卡的kubernetes网络实现方法，包括：
准备kubernetes物理环境，确定用于部署Master节点的服务器个数M和用于部署服务的Node节点服务器个数N。
部署kubernetes平台所需要的基本软件依赖环境，配置基于物理网卡的kubernetes网络CNI插件。
在容器配置文件Yaml文件中配置容器使用物理网卡搭建kubernetes网络。
上述技术方案在一种实施方式中，所述准备kubernetes物理环境，包括：用两个交换机分别汇聚管理层的网络、以及汇聚使用物理网卡的容器内的kubernetes网络。
上述技术方案在一种实施方式中，所述确定作为Master节点个数M和Node节点个数N，包括：设置用于部署Master节点的服务器个数M=1、用于部署服务的Node节点服务器个数N=2、用于容器内的物理网卡个数K=1。
上述技术方案在一种实施方式中，所述部署kubernetes平台所需要的基本软件依赖环境，配置基于物理网卡的kubernetes网络CNI插件，包括：
所有服务器部署docker服务；
所有服务器部署CNI网络插件；
部署kubectl、kubelet、kubeadm；
在Master服务器上使用kubeadminit初始化kubernetes平台环境。
上述技术方案在一种实施方式中，所述所有服务器部署docker服务，包括：将docker安装包解压到/usr/bin目录，编辑docker.service文件，使用systemctl startdocker启动docker服务；
所述所有服务器部署CNI网络插件，包括：将CNI安装包解压到服务器的/opt/CNI/bin目录下；
所述部署kubectl、kubelet、kubeadm，包括：使用sudo yum installkubectlkubeletkubeadm进行安装；
所述在Master服务器上使用kubeadminit初始化kubernetes平台环境，包括：用kubeadm join将Node节点服务器jion到Kubernetes平台作为容器的调度节点；
所述在容器配置文件Yaml文件中配置容器使用物理网卡搭建kubernetes网络，包括：构建cmdAdd函数和cmdDel函数，并构建生成CNI可执行文件；
其中，所述构建cmdAdd函数，包括：
从容器的配置文件Yaml文件中获取容器网络配置信息；
根据容器网络配置信息进行网络的配置工作；
调用IPAM插件给该物理网卡分配IP地址；
输出配置结果；
所述构建cmdDel函数，包括：
从容器的配置文件Yaml文件中获取容器网络配置信息；
将容器网络配置信息中获取的IP地址删除；
将物理网卡eth1从容器的命名空间删除；
所述构建生成CNI可执行文件，包括：
使用make命令构建基于物理网卡的kubernetes网络的源码，编译的可执行文件命名为phy；
将生成的目标文件phy移动至所有服务器/opt/CNI/bin目录下以备调用。
上述技术方案在一种实施方式中，所述构建cmdAdd函数中的所述从容器的配置文件Yaml文件中获取容器网络配置信息，包括：调用函数loadNetConf(args.StdinData)，函数的输入参数args.StdinData包含网卡名eth1,IP地址；
所述根据容器网络配置信息进行网络的配置工作，包括：根据输入参数中网卡名eth1，使用netns.Do函数将物理网卡eth1移动到容器的命名空间；
所述调用IPAM插件给该物理网卡分配IP地址，包括：调用ipam.ExecAdd函数给物理网卡分配IP地址；
所述输出配置结果，包括：调用types.PrintResult函数输出配置结果；
所述构建cmdDel函数中的所述从容器的配置文件Yaml文件中获取容器网络配置信息，包括：调用函数loadNetConf(args.StdinData)，函数的输入参数args.StdinData包含网卡名eth1,IP地址；
所述将容器网络配置信息中获取的IP地址删除，包括：调用ipam.ExecDel函数，删除容器的IP地址；
所述将物理网卡eth1从容器的命名空间删除，包括：使用ns.WithNetNSPath函数将物理网卡从容器的命名空间移除。
上述技术方案在一种实施方式中，所述在容器配置文件Yaml文件中配置容器使用物理网卡搭建kubernetes网络，还包括：在启动容器的过程中，设置容器直接使用服务器上的物理网卡作为kubernetes容器的网络接口，其具体为：
设置容器启动Yaml文件，其中，Network参数下设置为phy，并指定容器启动的Ethname为eth1，容器IP地址为10.1.1.1；
使用kubctl apply命令启动容器。
第二方面，本发明的一种基于物理网卡的kubernetes网络实现系统，其可实现上述任一项所述的基于物理网卡的kubernetes网络实现方法，包括：
环境搭建工具，配置用于准备kubernetes物理环境，确定用于部署Master节点的服务器个数M和用于部署服务的Node节点服务器个数N；
部署容器，配置用于部署kubernetes平台所需要的基本软件依赖环境，配置基于物理网卡的kubernetes网络CNI插件；
网络搭建工具，配置用于在容器配置文件Yaml文件中配置容器使用物理网卡搭建kubernetes网络。
第三方面，本发明的一种基于物理网卡的kubernetes网络实现设备，所述设备包括存储装置和处理器，所述存储装置用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述处理器执行时，所述处理器实现如上述任一项所述的基于物理网卡的kubernetes网络实现方法。
第四方面，本发明的一种计算机可读存储介质，其存储有至少一个程序，当所述程序被处理器执行时，实现如上述任一项所述的基于物理网卡的kubernetes网络实现方法。
相对于现有技术，本发明的基于物理网卡的kubernetes网络实现方法、系统、设备及介质基于物理网卡的kubernetes网络直接将物理网卡塞到容器内，然后外置交换机汇聚各个容器网络，用户可以根据业务的性能需求，让一些大流量、高性能业务的容器配置使用物理网卡搭建kubernetes网络，能够最大限度的让容器使用物理网卡资源，提高容器通信性能。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
图1是本发明的基于物理网卡的kubernetes网络实现方法的示例性流程框图。
图2是准备kubernetes物理环境的示意图。
图3是步骤S2的示例性流程框图。
图4是构建cmdAdd函数和cmdDel函数的示意图。
图5是步骤S3的示例性流程框图。
图6是步骤S31的示例性流程框图。
图7是步骤S32的示例性流程框图。
图8是步骤S33的示例性流程框图。
图9是步骤S34的示例性流程框图。
具体实施方式
以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的方法的例子。
在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
请参阅图1，图1是本发明的基于物理网卡的kubernetes网络实现方法的示例性流程框图。
第一方面，本发明的一种基于物理网卡的kubernetes网络实现方法，包括：
S1.准备kubernetes物理环境，确定用于部署Master节点的服务器个数M和用于部署服务的Node节点服务器个数N。
S2.部署kubernetes平台所需要的基本软件依赖环境，配置基于物理网卡的kubernetes网络CNI插件。
S3.在容器配置文件Yaml文件中配置容器使用物理网卡搭建kubernetes网络，
具体地，请进一步参阅图2，图2是准备kubernetes物理环境的示意图。
所述S1中，所述准备kubernetes物理环境，包括：用两个交换机（附图中示出的交换机1和交换机 2）分别汇聚管理层的网络、以及汇聚使用物理网卡的容器内的kubernetes网络。
进一步，所述确定作为Master节点个数M和Node节点个数N，包括：设置用于部署Master节点的服务器个数M=1、用于部署服务的Node节点服务器个数N=2、用于容器内的物理网卡个数K=1。
请参阅图3，图3是步骤S2的示例性流程框图。
所述S2优选地进一步包括以下步骤：
S21.所有服务器部署docker服务，其具体步骤包括：将docker安装包解压到/usr/bin目录，编辑docker.service文件，使用systemctl start docker启动docker服务。
S22.所有服务器部署CNI网络插件，其具体步骤包括：将CNI安装包解压到服务器的/opt/CNI/bin目录下。
S23.部署kubectl、kubelet、kubeadm，其具体步骤包括：使用sudo yum installkubectlkubeletkubeadm进行安装。
S24.在Master服务器上使用kubeadminit初始化kubernetes平台环境，其具体步骤包括：用kubeadm join将Node节点服务器jion到Kubernetes平台作为容器的调度节点。
根据以上S1和S2之后，除去kubernetes网络部分，基本的kubernetes平台已经搭建完成。网络部分是基于物理网卡的CNI插件完成，其本质上是一个可执行文件。虽然各个CNI插件实现容器网络的方式是多种多样的，但是它们编写的流程基本是一致的。main函数其中一定会存在两个函数：cmdAdd函数和cmdDel函数，下面步骤详细描述两个函数的具体实现。
请参阅图和图5。图4是构建cmdAdd函数和cmdDel函数的示意图。图5是步骤S3的示例性流程框图。
所述S3优选地包括以下步骤：
S31.构建cmdAdd函数。
S32.构建cmdDel函数。
S33.构建生成CNI可执行文件。
需要指出的是，上述S31和S32并不对其时序进行限定。
请参阅图6，图6是步骤S31的示例性流程框图。
其中，所述S31，优选地包括：
S311.从容器的配置文件Yaml文件中获取容器网络配置信息，其具体步骤包括：调用函数loadNetConf(args.StdinData)，函数的输入参数args.StdinData包含网卡名eth1,IP地址。
S312.根据容器网络配置信息进行网络的配置工作，其具体步骤包括：根据输入参数中网卡名eth1，使用netns.Do函数将物理网卡eth1移动到容器的命名空间。
S313.调用IPAM插件给该物理网卡分配IP地址，其具体步骤包括：调用ipam.ExecAdd函数给物理网卡分配IP地址。
S314.输出配置结果，其具体步骤包括：调用types.PrintResult函数输出配置结果。
请参阅图7，图7是步骤S32的示例性流程框图。
所述S32，优选地包括：
S321.从容器的配置文件Yaml文件中获取容器网络配置信息，其具体步骤包括：调用函数loadNetConf(args.StdinData)，函数的输入参数args.StdinData包含网卡名eth1,IP地址。
S322.将容器网络配置信息中获取的IP地址删除，其具体步骤包括：调用ipam.ExecDel函数，删除容器的IP地址。
S323.将物理网卡eth1从容器的命名空间删除，其具体步骤包括：使用ns.WithNetNSPath函数将物理网卡从容器的命名空间移除。
请参阅图8，图8是步骤S33的示例性流程框图。
所述S33，优选地包括：
S331.使用make命令构建基于物理网卡的kubernetes网络的源码，编译的可执行文件命名为phy；
S332.将生成的目标文件phy移动至所有服务器/opt/CNI/bin目录下以备调用。
请参阅图9，图9是步骤S34的示例性流程框图。
在一种实施方式中，所述S3还可以根据需要，进一步优选地包括：
S34.在启动容器的过程中，设置容器直接使用服务器上的物理网卡作为kubernetes容器的网络接口，其具体为：
S341.设置容器启动Yaml文件，其中，Network参数下设置为phy，并指定容器启动的Ethname为eth1，容器IP地址为10.1.1.1。
S342.使用kubctl apply命令启动容器。
第二方面，本发明的一种基于物理网卡的kubernetes网络实现系统，其可实现上述的基于物理网卡的kubernetes网络实现方法，包括：
环境搭建工具，配置用于准备kubernetes物理环境，确定用于部署Master节点的服务器个数M和用于部署服务的Node节点服务器个数N；
部署容器，配置用于部署kubernetes平台所需要的基本软件依赖环境，配置基于物理网卡的kubernetes网络CNI插件；
网络搭建工具，配置用于在容器配置文件Yaml文件中配置容器使用物理网卡搭建kubernetes网络。
第三方面，本发明的一种基于物理网卡的kubernetes网络实现设备，所述设备包括存储装置和处理器，所述存储装置用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述处理器执行时，所述处理器实现如上述所述的基于物理网卡的kubernetes网络实现方法。
第四方面，本发明的一种计算机可读存储介质，其存储有至少一个程序，当所述程序被处理器执行时，实现如上述所述的基于物理网卡的kubernetes网络实现方法。
相对于现有技术，本发明的基于物理网卡的kubernetes网络实现方法、系统、设备及介质基于物理网卡的kubernetes网络直接将物理网卡塞到容器内，然后外置交换机汇聚各个容器网络，用户可以根据业务的性能需求，让一些大流量、高性能业务的容器配置使用物理网卡搭建kubernetes网络，能够最大限度的让容器使用物理网卡资源，提高容器通信性能。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于物理网卡的kubernetes网络实现方法，其特征在于，包括：
准备kubernetes物理环境，确定用于部署Master节点的服务器个数M和用于部署服务的Node节点服务器个数N；
部署kubernetes平台所需要的基本软件依赖环境，配置基于物理网卡的kubernetes网络CNI插件；
在容器配置文件Yaml文件中配置容器使用物理网卡搭建kubernetes网络；
所述在容器配置文件Yaml文件中配置容器使用物理网卡搭建kubernetes网络，还包括：在启动容器的过程中，设置容器直接使用服务器上的物理网卡作为kubernetes容器的网络接口，其具体为：
设置容器启动Yaml文件，其中，Network参数下设置为phy，并指定容器启动的Ethname为eth1，容器IP地址为10.1.1.1；
使用kubctl apply命令启动容器。
2.根据权利要求1所述的基于物理网卡的kubernetes网络实现方法，其特征在于，所述准备kubernetes物理环境，包括：用两个交换机分别汇聚管理层的网络、以及汇聚使用物理网卡的容器内的kubernetes网络。
3.根据权利要求2所述的基于物理网卡的kubernetes网络实现方法，其特征在于，所述确定作为Master节点个数M和Node节点个数N，包括：设置用于部署Master节点的服务器个数M=1、用于部署服务的Node节点服务器个数N=2、用于容器内的物理网卡个数K=1。
4.根据权利要求1-3任一项所述的基于物理网卡的kubernetes网络实现方法，其特征在于，所述部署kubernetes平台所需要的基本软件依赖环境，配置基于物理网卡的kubernetes网络CNI插件，包括：
所有服务器部署docker服务；
所有服务器部署CNI网络插件；
部署kubectl、kubelet、kubeadm；
在Master服务器上使用kubeadminit初始化kubernetes平台环境。
5.根据权利要求4所述的基于物理网卡的kubernetes网络实现方法，其特征在于，所述所有服务器部署docker服务，包括：将docker安装包解压到/usr/bin目录，编辑docker.service文件，使用systemctl start docker启动docker服务；
所述所有服务器部署CNI网络插件，包括：将CNI安装包解压到服务器的/opt/CNI/bin目录下；
所述部署kubectl、kubelet、kubeadm，包括：使用sudo yum installkubectlkubeletkubeadm进行安装；
所述在Master服务器上使用kubeadminit初始化kubernetes平台环境，包括：用kubeadm join将Node节点服务器jion到Kubernetes平台作为容器的调度节点；
所述在容器配置文件Yaml文件中配置容器使用物理网卡搭建kubernetes网络，包括：构建cmdAdd函数和cmdDel函数，并构建生成CNI可执行文件；
其中，所述构建cmdAdd函数，包括：
从容器的配置文件Yaml文件中获取容器网络配置信息；
根据容器网络配置信息进行网络的配置工作；
调用IPAM插件给该物理网卡分配IP地址；
输出配置结果；
所述构建cmdDel函数，包括：
从容器的配置文件Yaml文件中获取容器网络配置信息；
将容器网络配置信息中获取的IP地址删除；
将物理网卡eth1从容器的命名空间删除；
所述构建生成CNI可执行文件，包括：
使用make命令构建基于物理网卡的kubernetes网络的源码，编译的可执行文件命名为phy；
将生成的目标文件phy移动至所有服务器/opt/CNI/bin目录下以备调用。
6.根据权利要求5所述的基于物理网卡的kubernetes网络实现方法，其特征在于，所述构建cmdAdd函数中的所述从容器的配置文件Yaml文件中获取容器网络配置信息，包括：调用函数loadNetConf(args.StdinData)，函数的输入参数args.StdinData包含网卡名eth1,IP地址；
所述根据容器网络配置信息进行网络的配置工作，包括：根据输入参数中网卡名eth1，使用netns.Do函数将物理网卡eth1移动到容器的命名空间；
所述调用IPAM插件给该物理网卡分配IP地址，包括：调用ipam.ExecAdd函数给物理网卡分配IP地址；
所述输出配置结果，包括：调用types.PrintResult函数输出配置结果；
所述构建cmdDel函数中的所述从容器的配置文件Yaml文件中获取容器网络配置信息，包括：调用函数loadNetConf(args.StdinData)，函数的输入参数args.StdinData包含网卡名eth1,IP地址；
所述将容器网络配置信息中获取的IP地址删除，包括：调用ipam.ExecDel函数，删除容器的IP地址；
所述将物理网卡eth1从容器的命名空间删除，包括：使用ns.WithNetNSPath函数将物理网卡从容器的命名空间移除。
7.一种基于物理网卡的kubernetes网络实现系统，其可实现权利要求1-6任一项所述的基于物理网卡的kubernetes网络实现方法，其特征在于，包括：
环境搭建工具，配置用于准备kubernetes物理环境，确定用于部署Master节点的服务器个数M和用于部署服务的Node节点服务器个数N；
部署容器，配置用于部署kubernetes平台所需要的基本软件依赖环境，配置基于物理网卡的kubernetes网络CNI插件；
网络搭建工具，配置用于在容器配置文件Yaml文件中配置容器使用物理网卡搭建kubernetes网络。
8.一种基于物理网卡的kubernetes网络实现设备，其特征在于，所述设备包括存储装置和处理器，所述存储装置用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述处理器执行时，所述处理器实现如权利要求1-6任一项所述的基于物理网卡的kubernetes网络实现方法。
9.一种计算机可读存储介质，其存储有至少一个程序，其特征在于，当所述程序被处理器执行时，实现如权利要求1-6任一项所述的基于物理网卡的kubernetes网络实现方法。
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