Knative Serving 健康检查机制分析


作者|  阿里云智能事业群技术专家牛秋霖（冬岛）

> **导读**：从头开发一个Serverless引擎并不是一件容易的事情，今天咱们就从Knative的健康检查说起。通过健康检查这一个点来看看Serverless模式和传统的模式都有哪些不同，以及Knative针对Serverless场景都做了什么思考。

Knative Serving 模块的核心原理如下图所示，图中的 Route 可以理解成是 Istio Gateway 的角色。

*   当缩容到零时进来的流量就会指到 Activator 上面；
*   当 Pod 数不为零时流量就会指到对应的 Pod 上面，此时流量不经过 Activator；
*   其中 Autoscaler 模块根据请求的 Metrics 信息实时动态的扩缩容。


Knative 的 Pod 是由两个 Container 组成的：Queue-Proxy 和业务容器 user-container。架构如下：


咱们以 http1 为例进行说明：业务流量首先进入 Istio Gateway，然后会转发到 Queue-Proxy 的 8012 端口，Queue-Proxy 8012 再把请求转发到 user-container 的监听端口，至此一个业务请求的服务就算完成了。

粗略的介绍原理基本就是上面这样，现在咱们对几个细节进行深入的剖析看看其内部机制：

*   为什么要引入 Queue-Proxy？
*   Pod 缩容到零的时候流量会转发到 Activator 上面，那么 Activator 是怎么处理这些请求的？
*   Knative 中的业务 Pod 有 Queue-Proxy 和 user-container，那么 Pod 的 readinessProber 和 LivenessProber 分别是怎么做的？Pod 的 readinessProber、 LivenessProber 和业务的健康状态是什么样的关系？
*   Istio Gateway 向 Pod 转发流量的时候是怎么选择 Pod 进行转发的？

为什么要引入 Queue-Proxy
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Serverless 的一个核心诉求就是把业务的复杂度下沉到基础平台，让业务代码快速迭代并且按需使用资源。不过现在更多的还是聚焦在按需使用资源层面。

如果想要按需使用资源我们就需要收集相关的 Metrics，并根据这些 Metrics 信息来指导资源的伸缩。Knative 首先实现的就是 KPA 策略，这个策略是根据请求数来判断是否需要扩容的。所以 Knative 需要有一个机制收集业务请求数量。除了业务请求数还有如下信息也是需要统一处理：

*   访问日志的管理；
*   Tracing；
*   Pod 健康检查机制；
*   需要实现 Pod 和 Activator 的交互，当 Pod 缩容到零的时候如何接收 Activator 转发过来的流量；
*   其他诸如判断 Ingress 是否 Ready 的逻辑也是基于 Queue-Proxy 实现的。

为了保持和业务的低耦合关系，还需要实现上述这些功能，所以就引入了 Queue-Proxy 负责这些事情。这样可以在业务无感知的情况下把 Serverless 的功能实现。

从零到一的过程
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当 Pod 缩容到零的时候流量会指到 Activator 上面，Activator 接收到流量以后会主动“通知”Autoscaler 做一个扩容的操作。扩容完成以后 Activator 会探测 Pod 的健康状态，需要等待第一个 Pod ready 之后才能把流量转发过来。所以这里就出现了第一个健康检查的逻辑：**Activator 检查第一个 Pod 是否 ready**。

这个健康检查是调用的 Pod 8012 端口完成的，Activator 会发起 HTTP 的健康检查，并且设置  K-Network-Probe=queue Header，所以 Queue Container 中会根据 K-Network-Probe=queue 来判断这是来自 Activator 的检查，然后执行相应的逻辑。

### 参考阅读

*   [Activator to perform health checks before forwarding real requests](https://yq.aliyun.com/go/articleRenderRedirect?url=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Fknative%2Fserving%2Fissues%2F2856)
*   [Activator: Retry on Get Revision error](https://yq.aliyun.com/go/articleRenderRedirect?url=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Fknative%2Fserving%2Fissues%2F1573)
*   [Retry on Get Revision error?](https://yq.aliyun.com/go/articleRenderRedirect?url=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Fknative%2Fserving%2Fissues%2F1558)
*   [Always pass Healthy dests to the throttler](https://yq.aliyun.com/go/articleRenderRedirect?url=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Fknative%2Fserving%2Fissues%2F5466)
*   [Consolidate queue-proxy probe handlers](https://yq.aliyun.com/go/articleRenderRedirect?url=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Fknative%2Fserving%2Fissues%2F5465)
*   [Queue proxy logging, metrics and end to end traces](https://yq.aliyun.com/go/articleRenderRedirect?url=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Fknative%2Fserving%2Fissues%2F1286)
*   [End to end traces from queue proxy](https://yq.aliyun.com/go/articleRenderRedirect?url=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Fknative%2Fserving%2Fissues%2F3898)

VirtualService 的健康检查
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Knative Revision 部署完成后会自动创建一个 Ingress（以前叫做 ClusterIngress）, 这个 Ingress 最终会被 Ingress Controller 解析成 Istio 的 VirtualService 配置，然后 Istio  Gateway 才能把相应的流量转发给相关的 Revision。

所以每添加一个新的 Revision 都需要同步创建 Ingress 和 Istio 的 VirtualService ，而 VirtualService 是没有状态表示 Istio 的管理的 Envoy 是否配置生效能力。所以 Ingress Controller 需要发起一个 http 请求来监测 VirtualService 是否 ready。这个 http 的检查最终也会打到 Pod 的 8012 端口上。标识 Header 是 K-Network-Probe=probe 。Queue-Proxy 需要基于此来判断，然后执行相应的逻辑。

相关代码如下所示：


[图片来源](https://yq.aliyun.com/go/articleRenderRedirect?url=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Fknative%2Fserving%2Fblob%2Fmaster%2Fpkg%2Fnetwork%2Fprobe_handler.go%23L37)


[图片来源](https://yq.aliyun.com/go/articleRenderRedirect?url=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Fknative%2Fserving%2Fblob%2Fmaster%2Fpkg%2Freconciler%2Fingress%2Fstatus.go%23L348)

### 参考阅读

**Gateway 通过这个健康检查来判断 Pod 是否可以提供服务。**

*   [New probe handling in Queue-Proxy & Activator](https://yq.aliyun.com/go/articleRenderRedirect?url=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Fknative%2Fserving%2Fpull%2F5159)
*   [Extend VirtualService/Gateway probing to HTTPS](https://yq.aliyun.com/go/articleRenderRedirect?url=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Fknative%2Fserving%2Fissues%2F5156)
*   [Probe Envoy pods to determine when a ClusterIngress is actually deployed](https://yq.aliyun.com/go/articleRenderRedirect?url=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Fknative%2Fserving%2Fpull%2F4734)
*   [ClusterIngress Status](https://yq.aliyun.com/go/articleRenderRedirect?url=https%3A%2F%2Fdocs.google.com%2Fdocument%2Fd%2F1mXDrRhVOf48qRR7-4fZMTkMHKoOGZJtrRGavGloVjGs%2Fedit)
*   [Consolidate queue-proxy probe handlers](https://yq.aliyun.com/go/articleRenderRedirect?url=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Fknative%2Fserving%2Fissues%2F5465)

Kubelet 的健康检查
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Knative 最终生成的 Pod 是需要落实到 Kubernetes 集群的，Kubernetes 中 Pod 有两个健康检查的机制：ReadinessProber 和 LivenessProber。

*   其中 LivenessProber 是判断 Pod 是否活着，如果检查失败 Kubelet 就会尝试重启 Container；
*   ReadinessProber 是来判断业务是否 Ready，只有业务 Ready 的情况下才会把 Pod 挂载到 Kubernetes Service 的 EndPoint 中，这样可以保证 Pod 故障时对业务无损。

那么问题来了，Knative 的 Pod 中默认会有两个 Container：Queue-Proxy 和 user-container 。

前面两个健康检查机制你应该也发现了，流量的“前半路径”需要通过 Queue-Proxy 来判断是否可以转发流量到当前 Pod，而在 Kubernetes 的机制中，Pod 是否加入 Kubernetes Service EndPoint 完全是由 ReadinessProber 的结果决定的。而这两个机制是独立的，所以我们需要有一种方案来把这两个机制协调一致。这也是 Knative 作为一个 Serverless 编排引擎时需要对流量做更精细的控制要解决的问题。所以 Knative 最终是把 user-container 的 ReadinessProber 收敛到 Queue-Proxy 中，通过 Queue-Proxy 的结果来决定 Pod 的状态。

另外[这个 Issue](https://yq.aliyun.com/go/articleRenderRedirect?url=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Fknative%2Fserving%2Fissues%2F2912) 中也提到在启动 istio 的情况下，kubelet 发起的 tcp 检查可能会被 Envoy 拦截，所以给 user-container 配置 TCP 探测器判断 user-container 是否 ready 也是不准的。这也是需要把 Readiness 收敛到 Queue-Proxy 的一个动机。

Knative 收敛 user-container 健康检查能力的方法是：

*   置空 user-container 的 ReadinessProber；
*   把 user-container 的 ReadinessProber 配置的 json String 配置到 Queue-Proxy 的 env 中；
*   Queue-Proxy 的 Readinessprober 命令里面解析 user-container 的 ReadinessProber 的 json String 然后实现健康检查逻辑，且这个检查的机制和前面提到的 Activator 的健康检查机制合并到了一起。这样做也保证了 Activator 向 Pod 转发流量时 user-container 一定是  Ready 状态。

### 参考阅读

*   [Consolidate queue-proxy probe handlers](https://yq.aliyun.com/go/articleRenderRedirect?url=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Fknative%2Fserving%2Fissues%2F5465)
*   [Use user-defined readinessProbe in queue-proxy](https://yq.aliyun.com/go/articleRenderRedirect?url=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Fknative%2Fserving%2Fpull%2F4731)
*   [Apply default livenessProbe and readinessProbe to the user container](https://yq.aliyun.com/go/articleRenderRedirect?url=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Fknative%2Fserving%2Fissues%2F4014)
*   [Good gRPC deployment pods frequently fail at least one health check](https://yq.aliyun.com/go/articleRenderRedirect?url=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Fknative%2Fserving%2Fissues%2F3308)
*   [Fix invalid helloworld example](https://yq.aliyun.com/go/articleRenderRedirect?url=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Fknative%2Fserving%2Fpull%2F4780) 
     
    这里面有比较详细的方案讨论，最终社区选择的方案也是在这里介绍的。
*   [Allow probes to run on a more granular timer.](https://yq.aliyun.com/go/articleRenderRedirect?url=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Fkubernetes%2Fkubernetes%2Fissues%2F76951)
*   [Merge 8022/health to 8012/8013](https://yq.aliyun.com/go/articleRenderRedirect?url=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Fknative%2Fserving%2Fpull%2F5524)
*   [TCP probe the user-container from the queue-proxy before marking the pod ready.](https://yq.aliyun.com/go/articleRenderRedirect?url=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Fknative%2Fserving%2Fpull%2F2915)
*   [Use user-defined readiness probes through queue-proxy](https://yq.aliyun.com/go/articleRenderRedirect?url=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Fknative%2Fserving%2Fpull%2F4600)
*   [queue-proxy /heatlth to perform TCP connect to user container](https://yq.aliyun.com/go/articleRenderRedirect?url=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Fknative%2Fserving%2Fissues%2F2912)

### 使用方法

如下所示可以在 Knative Service 中定义 Readiness。

```
apiVersion: serving.knative.dev/v1alpha1
kind: Service
metadata:
  name: readiness-prober
spec:
  template:
    metadata:
      labels:
        app: helloworld-go
    spec:
      containers:
        - image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/knative-sample/helloworld-go:160e4db7
          readinessProbe:
            httpGet:
              path: /
            initialDelaySeconds: 3
```


需要说明两点：

1.  和原生的 Kubernetes Pod Readiness 配置相比，Knative 中 timeoutSeconds、failureThreshold、periodSeconds 和 successThreshold 如果要配置就要一起配置，并且不能为零，否则 Knative webhook 校验无法通过。并且如果设置了 periodSeconds，那么一旦出现一次 Success，就再也不会去探测 user-container（不建议设置 periodSeconds，应该让系统自动处理）。
2.  如果 periodSeconds 没有配置那么就会使用默认的探测策略，默认配置如下：

```
timeoutSeconds: 60
            failureThreshold: 3
            periodSeconds: 10
            successThreshold: 1
```


从这个使用方式上来看，其实 Knative 是在逐渐收敛 user-container 配置，因为在 Serverless 模式中需要系统自动化处理很多逻辑，这些“系统行为”就不需要麻烦用户了。

小结
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前面提到的三种健康检查机制的对比关系：


 

 

 

[原文链接](https://yq.aliyun.com/articles/726324?utm_content=g_1000087494)

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