CN114915571A - 自动测试k8s集群网络质量的方法、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及自动测试k8s集群网络质量的方法、设备及存储介质。自动测试k8s集群网络质量的方法包括：通过调用k8s提供的资源自定义模块为网络测试任务自定义网络测试资源，其中所述自定义的网络测试资源具有用于配置iperf工具的测试参数、测试执行方法和测试结果输出方向的参数；自定义网络测试资源监听模块并将其部署到k8s集群中；以及响应于监听到自定义的网络测试资源的提交，由所述自定义的网络测试资源监听模块生成iperf任务容器以在iperf任务容器中使用iperf工具执行所述网络测试任务。
Description
技术领域
本公开总体上涉及计算机网络与云计算技术，更具体地涉及自动测试kubernetes(简称为“k8s”)集群网络质量的方法和设备。
背景技术
在云计算飞速发展的今天，容器技术已经成为云计算领域的主流与趋势。而k8s作为目前最主流的容器编排平台，也是目前研究的热点。
作为一个容器编排平台，网络是基石，一个k8s集群的网络质量对集群整体的性能有直接影响。虽然k8s提供了优秀的容器调度能力，但是如果直接要对k8s集群中计算节点之间的网络进行测试，需要手工编写大量的配置文件，手动提交部署文件控制链路间测试的顺序，最后再手动收集测试数据。这样会耗费大量人力做重复冗余的工作，并且也无法用于大规模k8s集群的网络质量测试。因此利用现有技术不能实现自动地对k8s集群网络质量进行测试。
发明内容
在下文中给出了关于本公开的简要概述，以便提供关于本公开的一些方面的基本理解。但是，应当理解，这个概述并不是关于本公开的穷举性概述。它并不是意图用来确定本公开的关键性部分或重要部分，也不是意图用来限定本公开的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出关于本公开的某些概念，以此作为稍后给出的更详细描述的前序。
所以针对现有技术中存在的问题，本公开的一个目的是要自动地对k8s集群网络质量进行测试。结合现有的网络测试工具iperf提供的测试能力，自动规划测试任务，自动部署测试组件，自动收集测试结果，向指定方向输出结果，做到测试过程完全自动化，减少人工维护工作。
根据本公开的一个方面，提供一种自动测试k8s集群网络质量的方法，包括：通过调用k8s提供的资源自定义模块为网络测试任务自定义网络测试资源，其中自定义的网络测试资源具有用于配置iperf工具的测试参数、测试执行方法和测试结果输出方向的参数；自定义网络测试资源监听模块并将其部署到k8s集群中；以及响应于监听到所述自定义的网络测试资源的提交，由所述自定义的网络测试资源监听模块生成iperf任务容器以在iperf任务容器中使用iperf工具执行所述网络测试任务。
根据本公开的另一个方面，提供一种自动测试k8s集群网络质量的装置，包括：存储器，其上存储有指令；以及处理器，被配置为执行存储在所述存储器上的指令，以执行以上所述的方法。
根据本公开的又一个方面，提供一种计算机可读存储介质，包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在由一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行以上所述的自动测试k8s集群网络质量的方法。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。
参照附图，根据下面的详细描述，可以更清楚地理解本公开，其中：
图1示出了根据本发明一个实施例的自动测试k8s集群网络质量的方法的流程图；
图2示出了根据本发明一个实施例的使用iperf规划与执行整个测试任务的过程的流程图；
图3示出了根据本发明一个实施例的在具有4个节点的k8s集群网络中使用iperf自动测试k8s集群网络质量的过程的示意图；
图4示出了可以实现根据本公开的实施例的计算设备的示例性配置。
具体实施方式
参考附图进行以下详细描述，并且提供以下详细描述以帮助全面理解本公开的各种示例实施例。以下描述包括各种细节以帮助理解，但是这些细节仅被认为是示例，而不是为了限制本公开，本公开是由随附权利要求及其等同内容限定的。在以下描述中使用的词语和短语仅用于能够清楚一致地理解本公开。另外，为了清楚和简洁起见，可能省略了对公知的结构、功能和配置的描述。本领域普通技术人员将认识到，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以对本文描述的示例进行各种改变和修改。
本发明发明人认识到现有技术中存在的技术问题。此外，发明人还发现Iperf是一个网络性能测试工具。Iperf可以测试TCP和UDP带宽质量。Iperf可以测量最大TCP带宽，具有多种参数和UDP特性。Iperf可以报告带宽，延迟抖动和数据包丢失。利用Iperf这一特性，可以用来测试一些网络设备如路由器，防火墙，交换机等的性能。本发明想到可以使用Iperf来自动执行k8s集群网络质量测试。但是，Iperf工具并不能直接部署到k8s集群中，也不能被k8s中的master节点直接调用。为此，本发明发明人提出了本技术方案以使得能够自动调用iperf工具来自动执行对k8s集群网络质量测试。更具体而言，本技术方案能够：
1.自动地对k8s集群网络进行测试，自动规划网络测试任务顺序，自动部署测试工具，自动收集测试结果向指定方向输出；以及
2.检查k8s集群网络链路不通故障，并且也能测试k8s集群网络各条链路网络性能，如吞吐量，丢包率，延迟等。
根据本发明的本技术方案包括以下三个要素：
(1)自定义网络测试资源：依据k8s提供的CustomResourceDefinition机制，定义自定义的网络测试资源，该资源的参数用于配置iperf工具的测试参数，测试执行方法，与测试结果输出方向等。
(2)自定义网络测试资源监听者Operator：Operator是一个监听自定义网络测试资源提交的程序。可以以Deployment方式部署到k8s中，可由k8s任意调度或用户指定调度节点。Operator在监听到新的自定义网络测试资源提交后，会生成IperfTask pod，调度到k8s某一节点，由它规划并执行本次测试任务。
(3)IperfTask pod：用于根据指定的自定义网络测试资源的参数，自动规划测试方案，自动调度部署iperf客户端与服务端pod，完成k8s节点之间网络测试任务，收集全部的测试数据，向指定的输出方向输出结果。
图1示出了根据本发明一个实施例的自动测试k8s集群网络质量的方法100的流程图。
在步骤101处，通过调用k8s提供的资源自定义模块为网络测试任务自定义网络测试资源，其中所述自定义的网络测试资源具有用于配置iperf工具的测试参数、测试执行方法和测试结果输出方向的参数。
在本步骤中，根据k8s提供的CustomResourceDefinition机制，向k8s集群提交自定义网络测试资源定义，使得k8s能识别自定义网络测试资源对象。
仅仅作为示例，以下给出了自定义网络测试资源定义：
apiVersion:apiextensions.k8s.io/v1beta1
kind:CustomResourceDefinition
metadata:
name:iperftasks.iperf.test.svc
spec:
group:iperf.test.svc
version:alpha1
names:
kind:IperfTask
listKind:IperfTaskList
plural:iperftasks
singular:iperftask
scope:Namespaced
仅仅作为示例，以下给出了自定义网络测试资源示例：
apiVersion:iperf.test.svc/alpha1
kind:IperfTask
metadata:
name:my-tcp-iperf
namespace:iperf-operator
spec:
iperfImage:networkstatic/iperf3
toEmail:xxxxx@mail.com
serverSpec:
port:9000
clientSpec:
mode:"fast"
interval:10
duration:60
在步骤102处，自定义网络测试资源监听模块并将其部署到k8s集群中。
在本步骤中，向k8s集群部署网络测试资源监听Operator程序，Operator程序会一直运行监听网络测试资源的提交。
以下给出根据本发明的Operator程序的一个示例。
1.部署IperfTask CRD资源，IperfTask用于描述一次测试任务:
kubectl apply-f./deploy/crd/ipefTask.yaml
2.创建命名空间与邮件服务器信息secret:
注意k8s secret字符串要求base64编码
3.部署IperfOperator，IperfOperator负责监控IperfTask并执行任务:kubectlapply-f./deploy/iperf_operator.yaml
4.部署一次IperfTask测试任务(默认执行tcp测试带宽):
其中，interval等于Iperf3的-i参数，测试间隔；duration等于iperf3的测试持续时间；以及mode分为fast和low两种模式，low模式是节点完全点对点测试，fast模式是节点快速点对点测试。
5.要部署udp测试延迟和丢包率任务执行:
其中，bwLimit是限制udp带宽参数，等于iperf3的-b参数。
在步骤103处，响应于监听到自定义的网络测试资源的提交，由所述自定义的网络测试资源监听模块生成iperf任务容器以在iperf任务容器中使用iperf工具执行所述网络测试任务。
在本步骤中，需要开始测试时，向k8s集群提交一个配置好的自定义网络测试资源，operator监听到新的自定义网络测试资源对象后，生成并调度一个IperfTask pod规划与执行整个测试任务。
图2示出了根据本发明一个实施例的使用iperf规划与执行整个测试任务的过程200的流程图。
在S0处，过程200开始。
在S1处，IperTask会解析传给它的自定义网络资源对象，解析出iperf测试参数，如tcp/udp，吞吐量，带宽，测试时长，输出间隔与格式等，与其他一些控制测试执行的参数，如执行模式等。
在S2处，IperfTask会向当前k8s集群请求所有计算节点的信息，如ip，节点名，节点标签等。
在S3处，IperfTask向每个计算节点部署iperf服务端程序，并且获得成功部署后每个iperf服务端pod的IP，并时刻监听IP的变化，以替换原来的IP。
在S4处，IperfTask根据自定义测试资源与计算节点信息，规划测试执行计划，将所有执行任务放入执行计划队列。
在S5处，IperfTask从执行计划队列取出当前批次的执行任务。
在S6处，如果可以取出一批执行任务，并行执行任务该批次中的所有测试任务。同一批次中的网络测试任务的测试链路应该是相互不会影响的。iperfTask将执行任务中的iperf客户端程序调度到目标节点，配置iperf服务器ip，iperf测试参数。等iperf客户端执行完测试过程后，向iperfTask上报当前测试链路的测试结果。完成该批次所有测试任务后，再向任务队列请求下一批次测试任务。
在S7处，如果任务队列中无剩余测试任务，所有节点间链路测试完成。IperfTask将收集到的所有测试结果数据统计计算好后向指定的输出方向输出，如邮件发送，数据库存储结果等。
在S8处，IperfTask完成所有工作后，清理本次测试使用的资源，然后退出。
在S9处，过程200结束。
图3示出了根据本发明一个实施例的在具有4个节点的k8s集群网络中使用iperf自动测试k8s集群网络质量的过程的示意图。以下以1个k8s集群包括4个节点为例来说明自动测试k8s集群网络质量。
1：根据k8s提供的CustomResourceDefinition机制，定义kind为CustomResourceDefinition的自定义网络测试资源，如上所示。通过kubectl工具或者HTTP请求调用kubernetes API Server接口的方式向k8s集群提交自定义网络测试资源定义，使得k8s能识别自定义网络测试资源对象。
2：以Deployment方式部署Operator程序，授予Operator pod查询，调度k8s资源的权限，Operator程序的pod可由k8s自由调度，或者用户在部署时通过配置NodeSelector、Affinity或者Anti-Affinity信息指定调度节点。通过kubectl工具或者直接HTTP请求kubernetes API Server接口的方式向k8s集群提交部署Operator信息，Operator程序被调度运行后会调用k8s API Server WATCH API接口，监听用户向k8s提交的自定义网络测试资源对象。
3：需要开始测试时，用户编写自定义网络测试资源，设置iperf测试参数，任务执行方式，结果输出方向等信息，如例2所示。通过kubectl工具或者直接以HTTP方式调用k8sAPI Server接口向k8s集群提交自定义网络测试资源信息。Operator通过k8s API ServerWATCH API接口监听到自定义网络测试资源对象后，会生成IperfTask Deployment部署信息，调用k8s API Server接口部署IperfTask，并且设置IperfTask要执行的自定义网络测试资源的命名空间和名字信息。IperfTask pod负责规划与执行整个k8s集群网络测试任务。
S1：IperTask调用k8s API Server接口根据自定义网络测试资源的命名空间和名字获取自定义网络测试资源对象。并且解析会解析传给它的自定义网络资源对象。解析出iperf测试参数，如tcp/udp，吞吐量，带宽，测试时长，输出间隔与格式等，与其他一些控制测试执行的参数，如执行模式，结果输出方向等。
S2：IperfTask调用k8s API Server接口向当前k8s集群请求所有计算节点的信息，如ip，节点名，节点标签等。
S3：IperfTask向每个计算节点部署iperf服务端程序。IperfTask部署iperf服务端的方式可以使用k8s DaemonSet方式或者直接用指定节点的pod方式部署。IperfTask用k8s API Server接口监听部署过程，获得成功部署的每个iperf服务端pod的IP，并时刻监听IP的变化，以替换原来的IP。
S4：IperfTask根据自定义测试资源与计算节点信息，规划测试执行计划，将所有执行任务放入执行计划队列。一个执行任务包括iperf客户端要部署的目标节点信息，目标iperf服务端信息，iperf测试参数等信息。由一个或多个测试任务组成一个批次测试任务。如果一个批次测试任务只有一个测试任务即串行执行模式。如果有多个互不相互影响的链路测试任务即并行模式，多个链路之间的节点没有重复时可认为是互不影响的，可以并行执行。如4个节点node1、node2、node3、node4，node1到node2与node3到node4这两条链路测试可认为是互不影响可并行执行的，方向测试也一样。
S5：IperfTask从执行计划队列取出当前批次的执行任务。
S6：如果可以取出一批执行任务，串行或并行执行任务该批次中的测试任务。iperfTask将执行任务中的iperf客户端程序调度到目标节点。iperfTask采用k8s Job类型并且指定目标节点的方式部署一个iperf客户端程序，并配置目标iperf服务器ip，iperf测试参数。等iperf客户端执行完测试过程后，向iperfTask上报当前测试链路的测试结果。完成该批次所有测试任务后，iperfTask再向任务队列请求下一批次测试任务。
S7：如果任务队列中无剩余测试任务，所有节点间链路测试完成。IperfTask将收集到的所有测试结果数据统计计算好后向指定的输出方向输出，如邮件发送，数据库存储结果等。
S8：IperfTask完成所有工作后，清理本次测试使用的资源并且退出。IperfTask生成的所有k8s资源都会在metadata处设置referrence位IperfTask的id，表明是IperfTask子资源，只要IperfTask退出，k8s集群会级联删除这些子资源达到清除的目的。相对现有技术，本发明具有以下优点和效果中的一个或多个：
1.自动化对k8s集群网络进行测试，自动规划执行计划，自动部署测试工具，自动收集测试结果向指定方向输出。
2.利用现有网络测试工具能力，可测试k8s集群节点间网络是否联通或存在故障，也可测试网络的吞吐量，丢包率，延迟等性能数据。
图4示出了能够实现根据本公开的实施例的计算设备1200的示例性配置。
计算设备1200是能够应用本公开的上述方面的硬件设备的实例。计算设备1200可以是被配置为执行处理和/或计算的任何机器。计算设备1200可以是但不限制于工作站、服务器、台式计算机、膝上型计算机、平板计算机、个人数据助手(PDA)、智能电话、车载计算机或以上组合。
如图4所示，计算设备1200可以包括可以经由一个或多个接口与总线1202连接或通信的一个或多个元件。总线1202可以包括但不限于，工业标准架构(Industry StandardArchitecture，ISA)总线、微通道架构(Micro Channel Architecture，MCA)总线、增强ISA(EISA)总线、视频电子标准协会(VESA)局部总线、以及外设组件互连(PCI)总线等。计算设备1200可以包括例如一个或多个处理器1204、一个或多个输入设备1206以及一个或多个输出设备1208。一个或多个处理器1204可以是任何种类的处理器，并且可以包括但不限于一个或多个通用处理器或专用处理器(诸如专用处理芯片)。处理器1204例如可以被配置为实现根据本发明的自动测试方法。输入设备1206可以是能够向计算设备输入信息的任何类型的输入设备，并且可以包括但不限于鼠标、键盘、触摸屏、麦克风和/或远程控制器。输出设备1208可以是能够呈现信息的任何类型的设备，并且可以包括但不限于显示器、扬声器、视频/音频输出终端、振动器和/或打印机。
计算设备1200还可以包括或被连接至非暂态存储设备1214，该非暂态存储设备1214可以是任何非暂态的并且可以实现数据存储的存储设备，并且可以包括但不限于盘驱动器、光存储设备、固态存储器、软盘、柔性盘、硬盘、磁带或任何其他磁性介质、压缩盘或任何其他光学介质、缓存存储器和/或任何其他存储芯片或模块、和/或计算机可以从其中读取数据、指令和/或代码的其他任何介质。计算设备1200还可以包括随机存取存储器(RAM)1210和只读存储器(ROM)1212。ROM 1212可以以非易失性方式存储待执行的程序、实用程序或进程。RAM 1210可提供易失性数据存储，并存储与计算设备1200的操作相关的指令。计算设备1200还可包括耦接至数据链路1218的网络/总线接口1216。网络/总线接口1216可以是能够启用与外部装置和/或网络通信的任何种类的设备或系统，并且可以包括但不限于调制解调器、网络卡、红外线通信设备、无线通信设备和/或芯片集(诸如蓝牙TM设备、802.11设备、WiFi设备、WiMax设备、蜂窝通信设施等)。
本公开可以被实现为装置、系统、集成电路和非瞬时性计算机可读介质上的计算机程序的任何组合。可以将一个或多个处理器实现为执行本公开中描述的部分或全部功能的集成电路(IC)、专用集成电路(ASIC)或大规模集成电路(LSI)、系统LSI，超级LSI或超LSI组件。
本公开包括软件、应用程序、计算机程序或算法的使用。可以将软件、应用程序、计算机程序或算法存储在非瞬时性计算机可读介质上，以使诸如一个或多个处理器的计算机执行上述步骤和附图中描述的步骤。例如，一个或多个存储器以可执行指令存储软件或算法，并且一个或多个处理器可以关联执行该软件或算法的一组指令，以根据本公开中描述的实施例提供各种功能。
软件和计算机程序(也可以称为程序、软件应用程序、应用程序、组件或代码)包括用于可编程处理器的机器指令，并且可以以高级过程性语言、面向对象编程语言、功能性编程语言、逻辑编程语言或汇编语言或机器语言来实现。术语“计算机可读介质”是指用于向可编程数据处理器提供机器指令或数据的任何计算机程序产品、装置或设备，例如磁盘、光盘、固态存储设备、存储器和可编程逻辑设备(PLD)，包括将机器指令作为计算机可读信号来接收的计算机可读介质。
举例来说，计算机可读介质可以包括动态随机存取存储器(DRAM)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦只读存储器(EEPROM)、紧凑盘只读存储器(CD-ROM)或其他光盘存储设备、磁盘存储设备或其他磁性存储设备，或可以用于以指令或数据结构的形式携带或存储所需的计算机可读程序代码以及能够被通用或专用计算机或通用或专用处理器访问的任何其它介质。如本文中所使用的，磁盘或盘包括紧凑盘(CD)、激光盘、光盘、数字多功能盘(DVD)、软盘和蓝光盘，其中磁盘通常以磁性方式复制数据，而盘则通过激光以光学方式复制数据。上述的组合也包括在计算机可读介质的范围内。
提供本公开的主题作为用于执行本公开中描述的特征的装置、系统、方法和程序的示例。但是，除了上述特征之外，还可以预期其他特征或变型。可以预期的是，可以用可能代替任何上述实现的技术的任何新出现的技术来完成本公开的部件和功能的实现。
Claims (6)
1.一种自动测试k8s集群网络质量的方法，包括：
通过调用k8s提供的资源自定义模块为网络测试任务自定义网络测试资源，其中所述自定义的网络测试资源具有用于配置iperf工具的测试参数、测试执行方法和测试结果输出方向的参数；
自定义网络测试资源监听模块并将其部署到k8s集群中；以及
响应于监听到自定义的网络测试资源的提交，由所述自定义的网络测试资源监听模块生成iperf任务容器以在iperf任务容器中使用iperf工具执行所述网络测试任务。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述iperf工具根据述自定义的网络测试资源的参数自动地为所述网络测试任务规划测试方案，自动地调度部署iperf客户端与作为服务器端的iperf任务容器以完成k8s节点之间的网络测试，收集全部的测试数据，并向指定的输出方向输出结果。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，iperf工具自动测试k8s集群中的各对节点之间的网络联通性、点对点网络带宽并通过邮件发送结果报告。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述自定义网络测试资源监听模块通过以下操作来定义：
部署IperfTask CRD资源，IperfTask用于描述一次测试任务，
创建命名空间与邮件服务器信息，
部署IperfOperator，其负责监控IperfTask并执行任务，
部署一次IperfTask测试任务，该测试任务默认执行tcp测试带宽，以及
部署udp测试延迟和丢包率任务。
5.一种自动测试k8s集群网络质量的装置，包括：
存储器，其上存储有指令；以及
处理器，被配置为执行存储在所述存储器上的指令，以执行以根据权利要求1至4中的任一项所述的方法。
6.一种计算机可读存储介质，包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在由一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行根据权利要求1至4中的任意一项所述的自动测试k8s集群网络质量的方法。
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