K8S 故障排错新手段:kubectl debug 实战
K8S INTERNAL 系列
容器编排之争在 Kubernetes 一统天下局面形成后,K8S 成为了云原生时代的新一代操作系统。K8S 让一切变得简单了,但自身逐渐变得越来越复杂。【K8S Internals 系列专栏】围绕 K8S 生态的诸多方面,将由博云容器云研发团队定期分享有关调度、安全、网络、性能、存储、应用场景等热点话题。希望大家在享受 K8S 带来的高效便利的同时,又可以如庖丁解牛般领略其内核运行机制的魅力。
本文将为大家介绍一个 K8S 故障排错新手段:kubectl debug。
一、kubectl debug 起源
开发者喜欢在生产部署中使用极致精简的容器镜像,这也是容器技术中的一个最佳实践。这种精简主义有很多好处,而且在大多数情况下运行良好,但是一旦需要在生产中排除一些故障时,这就变得很困难了,因为精简后的容器普遍缺失常用的排障工具,有些甚至连 bash/sh 解释器都没有。
过去几年,K8S 社区就一直有一个声音,如果有一种方法可以为正在运行的 Pod 启用某种调试模式,再附加一套调试工具能在容器中执行,那就最好不过了。这种新的调试模式涉及的改动面很广,从 16 年就出现了相关的 Issue Support for troubleshooting distroless containers 开始,直至 K8S1.23 版本,kubectl debug 这项功能才逐渐成熟。
kubectl debug 是一款 k8s pod 诊断工具,能够帮助进行 Pod 的排障诊断。在 k8s v1.16 ~ v1.22 中是 Alpha 状态,默认关闭。从 v1.23 开始成为 Beta 状态,默认开启。
二、kubectl debug 工作原理
我们知道,容器本质上是带有 cgroup 资源限制和 namespace 隔离的一组进程。因此,我们只要启动一个进程,并且让这个进程加入到目标容器的各种 namespace 中,这个进程就能 “进入容器内部”(注意引号),与容器中的进程 “看到” 相同的根文件系统、虚拟网卡、进程空间了 —— 这也正是 docker exec 和 kubectl exec 等命令的运行方式。
现在的状况是,我们不仅要 “进入容器内部”,还希望带一套工具集进去帮忙排查问题。那么,想要高效管理一套工具集,又要可以跨平台,最好的办法就是把工具本身都打包在一个容器镜像当中。接下来,我们只需要通过这个 “工具镜像” 启动容器,再指定这个容器加入目标容器的的各种 namespace,自然就实现了 “携带一套工具集进入容器内部”。
三、kubectl debug 怎么用
1.开启功能
在 V1.23 及以上版本中,该功能默认开启。针对 1.23 以下的 K8S 版本,需要通过以下方式,手动开启。
## 控制面开启 EphemeralContainers featureGate. ### 进入 master 节点,编辑 /etc/kubernetes/manifests/ 下的 kube-apiserver.yaml,kube-controller-manager.yaml 及 kube-scheduler.yaml,在 command 部分添加 - --feature-gates=EphemeralContainers=true; ## Kubelet 服务开启该功能 ### 在节点上编辑 /var/lib/kubelet/kubeadm-flags.env,添加 --feature-gates=EphemeralContainers=true;或者设置KUBELET_EXTRA_ARGS="--feature-gates=EphemeralContainers=true" ## 重启 Kubelet: ### systemctl restart kubelet
2. 使用
2.1 使用临时容器调试
通常只需要一条命令即可为 Pod 里的具体某个容器添加一个临时容器(镜像为 busybox),并进行 debug。
$ kubectl debug -it ${pod_name} --image=busybox:1.28 --target=${container_name}
2.2 调试示例一:通过附加调试容器对处于 Running 状态的 Pod 进行调试
创建一个 Pod,该 Pod 功能是从 S3 存储的一个桶 mybucket1 中获取文件 test.txt 并复制到本地目录 /data/test.txt, 再从此目录把 test.txt 上传到桶 mybucket2 里。但我们发现桶 mybucket2 并没有相应文件,那么我们该如何通过 kubectl debug 查找原因呢?
(1)创建 pod1
[centos@ml-k8s-1 test1]$ kubectl apply -f pod1.yaml secret/pod1-secret created clusterrole.rbac.authorization.k8s.io/pod1-get created clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/pod1-get-rbac created serviceaccount/pod1-sa created pod/pod1 created [centos@ml-k8s-1 test1]$ kubectl get pod NAME READY STATUS RESTARTS AGE pod1 1/1 Running 0 7s
此时 pod1 一直处于 Running 状态 ,正常情况大概 10 秒左右就会进入 Completed 状态。只有碰到某种异常故障的时候才会卡在 Running 不动,导致该任务没有完成。此时查看桶 mybucket2, 确实也没有数据。
(2)检查 pod1 当前状态,无异常状态
[centos@ml-k8s-1 deploy]$ kubectl describe pod pod1 ... Events: Type Reason Age From Message ---- ------ ---- ---- ------- Normal Scheduled 5m44s default-scheduler Successfully assigned default/pod1 to ml-k8s-2.novalocal Normal Pulling 5m42s kubelet Pulling image "beyond.io:5000/debug-test:0.1.1" Normal Pulled 5m42s kubelet Successfully pulled image "beyond.io:5000/debug-test:0.1.1" in 59.162221ms Normal Created 5m42s kubelet Created container pod1 Normal Started 5m42s kubelet Started container pod1
(3)查看 pod1 日志
pod1 日志不够详尽,无异常信息。
[centos@ml-k8s-1 test1]$ kubectl logs pod1 I0429 10:24:34.913853 1 main.go:18] Test start! I0429 10:24:34.914013 1 main.go:19] Pulling data from mybucket 1 and storing it in mybucket 2. Wrong in getting object from mybucket1.
(4)进入容器内部排查
容器基础镜像为 scratch,不包含 sh,无法进入容器内部进行调试。此时传统 K8S 提供的常见排错方式均无法继续追踪此问题。
[centos@ml-k8s-1 test1]$ kubectl exec -it pod1 -- sh OCI runtime exec failed: exec failed: container_linux.go:380: starting container process caused: exec: "sh": executable file not found in $PATH: unknown command terminated with exit code 126
(5)通过 kubectl debug 模式进入容器内部
通过启动 busybox 容器对出问题的 pod1 进行排错。进入 pod1 容器内部后,查看 /data 目录下已经有目标文件 test.txt,但该文件 test.txt 内容为空,复制未成功。此时通过检查容器启动命令发现 S3 服务地址址配置错误导致文件下载失败。
[centos@ml-k8s-1 test1]$ kubectl debug -it pod1 --image=busybox:1.28 --target=pod1 Defaulting debug container name to debugger-h59bb. If you don't see a command prompt, try pressing enter. / # ls bin dev etc home proc root sys tmp usr var (unreachable)/data # cat test.txt
(6)修改 Pod 配置,该任务最终正常运行。
2.3 调试示例二:通过复制对处于 Completed 状态的 Pod 进行调试
创建一个 Pod,该 Pod 功能是运行一个 shell 脚本打印当前日期。错误状态:日志并没有打印出日期,且 Pod 已运行完成处于 Completed 状态,那么如何进行排错呢?
(1)创建 pod3
[centos@ml-k8s-1 test3]$ kubectl apply -f pod3.yaml pod/pod3 created
(2)查看 pod3
[centos@ml-k8s-1 test3]$ kubectl get pod NAME READY STATUS RESTARTS AGE pod3 0/1 Completed 0 7s
(3)查看日志
期望会打印出当前日期,但发现日期未打印。
[centos@ml-k8s-1 test3]$ kubectl logs pod3 Hello ldsdsy Today is
(4)进入容器
pod3 进入 Completed 状态,无法执行 exec 进入。
[centos@ml-k8s-1 test3]$ kubectl exec -it pod3 -- sh error: cannot exec into a container in a completed pod; current phase is Succeeded
(5)通过创建副本进行调试
创建副本容器,并以 sh 的形式进入容器内部,可以一句一句地运行代码排查是什么地方出错,此处很简单可以看出是错把 time 写成了 ttime。
[centos@ml-k8s-1 test3]$ kubectl debug pod3 -it --copy-to=pod3-debug --container=pod3 -- sh If you don't see a command prompt, try pressing enter. / # ls app bin dev etc home proc root sys tmp usr var / # cd app /app # ls test.sh /app # cat test.sh #! /bin/sh echo "Hello ldsdsy" time=$(date +"%Y-%m-%d %H:%M:%S") echo "Today is $ttime" /app #
(6 )修改镜像重新以 debug 模式运行
修改 ttime 的拼写问题,重新打包镜像。然后进行 debug 时,设置使用新的镜像。
[centos@ml-k8s-1 test3]$ kubectl debug pod3 --copy-to=pod3-debug --set-image=pod3=beyond.io:5000/debug-test:0.1.4 // --set-image=*=xxx 表示把 Pod 的所有容器镜像全换成 xxx
(7)查看新 pod 执行情况,发现程序正常执行。
[centos@ml-k8s-1 test3]$ kubectl get pod NAME READY STATUS RESTARTS AGE pod3 0/1 Completed 0 13m pod3-debug 0/1 Completed 0 8s [centos@ml-k8s-1 test3]$ kubectl logs pod3-debug Hello ldsdsy Today is 2022-05-02 09:50:25 [centos@ml-k8s-1 test3]$
3.kubectl debug 几种调试的区别
第一种模式使用临时容器,更多的是被调试的容器处于 Running 状态但又无法进入到容器内部调试,所以借助临时容器来进入容器内部排查问题。第二种使用 Pod 副本,更多的是建立一个被调试容器的副本用来调试,这样无需关心原本被调试容器的状态如何。除了以上两种常见的排错方式,kubectl debug 还支持进入 Pod 所在节点上进行调试。
kubectl debug 为我们对运行在 K8S 上的业务进行排错提供了多种方式,这几种方式使用起来非常方便灵活,在实际排错过程中要结合具体情况合理使用。
四、附录
实例一
- main.go
package main import ( "context" "io" "os" "time" "github.com/minio/minio-go/v7" "github.com/minio/minio-go/v7/pkg/credentials" metav1 "k8s.io/apimachinery/pkg/apis/meta/v1" "k8s.io/client-go/kubernetes" "k8s.io/client-go/rest" "k8s.io/klog/v2" ) func main() { klog.Info("Test start!") klog.Info("Pulling data from mybucket 1 and storing it in mybucket 2.") // creates the in-cluster config config, err := rest.InClusterConfig() if err != nil { klog.Errorln("Wrong in creating config: ", err) } // create the clientset clientset, err := kubernetes.NewForConfig(config) if err != nil { klog.Errorln("Wrong in creating clientset: ", err) } // Get info of minio from s3-secret secret, err := clientset.CoreV1().Secrets("default").Get(context.TODO(), "minio-secret", metav1.GetOptions{}) if err != nil { klog.Errorln("Wrong in getting secret: ", err) time.Sleep(1 * time.Hour) } id := string(secret.Data["id"]) key := string(secret.Data["key"]) endpoint := string(secret.Data["endpoint"]) useSSL := false //true 会走 https // Initialize minio client object. minioClient, err := minio.New(endpoint, &minio.Options{ Creds: credentials.NewStaticV4(id, key, ""), Secure: useSSL, }) if err != nil { klog.Errorln("Wrong in getting minioClient : ", err) time.Sleep(1 * time.Hour) } object, err := minioClient.GetObject(context.Background(), "mybucket1", "test.txt", minio.GetObjectOptions{}) if err != nil { klog.Errorln("Wrong in getting object from mybucket1: ", err) time.Sleep(1 * time.Hour) } //以读写方式打开文件,如果不存在,则创建(只创建文件,不能创建文件夹) localFile, err := os.OpenFile("/data/test.txt", os.O_RDWR|os.O_CREATE, 0766) if err != nil { klog.Errorln("Wrong in creating /data/test.txt: ", err) time.Sleep(1 * time.Hour) } klog.Info(localFile) defer localFile.Close() if _, err = io.Copy(localFile, object); err != nil { klog.Errorln("Wrong in coping object from mybucket1 to localFile: ", err) time.Sleep(1 * time.Hour) } file, err := os.Open("/data/test.txt") if err != nil { klog.Errorln("Wrong in getting object from /data/test.txt: ", err) time.Sleep(1 * time.Hour) } defer file.Close() fileStat, err := file.Stat() if err != nil { klog.Errorln("Wrong in getting fileStat: ", err) time.Sleep(1 * time.Hour) } // Create a bucket at region 'us-east-1' with object locking enabled. err = minioClient.MakeBucket(context.Background(), "mybucket2", minio.MakeBucketOptions{Region: "cn-north-1", ObjectLocking: false}) if err != nil { klog.Errorln("Wrong in creating mybucket2: ", err) time.Sleep(1 * time.Hour) } uploadInfo, err := minioClient.PutObject(context.Background(), "mybucket2", "test.txt", file, fileStat.Size(), minio.PutObjectOptions{ContentType: "application/octet-stream"}) if err != nil { klog.Errorln("Wrong in putting myobject to mybucket2: ", err) time.Sleep(1 * time.Hour) } klog.Infoln("Successfully uploaded bytes: ", uploadInfo) }
2. Dockerfile
FROM scratch ADD ./app / CMD ["/app"]
3. 部署文件
3.1 pod1.yaml
apiVersion: v1 stringData: id: AKIAIOSFODNN7EXAMPLE key: wJalrXUtnFEMI/K7MDENG/bPxRfiCYEXAMPLEKEY endpoint: 10.20.9.60:30009 kind: Secret metadata: name: pod1-secret type: Opaque --- apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1 kind: ClusterRole metadata: name: pod1-get rules: - apiGroups: [""] resources: ["secrets"] verbs: ["get"] --- apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1 kind: ClusterRoleBinding metadata: name: pod1-get-rbac subjects: - kind: ServiceAccount namespace: default name: pod1-sa roleRef: kind: ClusterRole name: pod1-get apiGroup: rbac.authorization.k8s.io --- apiVersion: v1 kind: ServiceAccount metadata: name: pod1-sa namespace: default --- apiVersion: v1 kind: Pod metadata: name: pod1 labels: k8s-app: pod1 spec: serviceAccountName: pod1-sa restartPolicy: Never containers: - name: pod1 image: beyond.io:5000/debug-test:0.1.1 imagePullPolicy: Always volumeMounts: - name: volume mountPath: /data readOnly: False volumes: - name: volume emptyDir: {}
实例二
1. test.sh
#! /bin/sh echo "Hello ldsdsy" time=$(date +"%Y-%m-%d %H:%M:%S") echo "Today is $ttime"
2. Dockerfile
FROM busybox:1.28 RUN mkdir /app ADD ./test.sh /app RUN chmod +x /app/test.sh CMD ["sh","-c","/app/test.sh"]
3. pod3.yaml
apiVersion: v1 kind: Pod metadata: name: pod3 labels: k8s-app: pod3 spec: restartPolicy: Never containers: - name: pod3 image: beyond.io:5000/debug-test:0.1.3 imagePullPolicy: Always

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