Kubernetes 疑难排查分享: 诡异的 No route to host

阅读数:1 2020 年 1 月 3 日 10:49

Kubernetes 疑难排查分享: 诡异的 No route to host

Kubernetes 疑难杂症排查分享,本文通过一个案例,解析 “No route to host” 报错问题,信息量不小,Are you ready ?

问题反馈

有用户反馈 Deployment 滚动更新的时候,业务日志偶尔会报 “No route to host” 的错误。

问题分析

之前没遇到滚动更新会报 “No route to host” 的问题,我们先看下滚动更新导致连接异常有哪些常见的报错:

  • Connection reset by peer: 连接被重置。通常是连接建立过,但 server 端发现 client 发的包不对劲就返回 RST,应用层就报错连接被重置。

  • 比如在 server 滚动更新过程中,client 给 server 发的请求还没完全结束,或者本身是一个类似 grpc 的多路复用长连接,当 server 对应的旧 Pod 删除 (没有做优雅结束,停止时没有关闭连接),新 Pod 很快创建启动并且刚好有跟之前旧 Pod 一样的 IP,这时 kube-proxy 也没感知到这个 IP 其实已经被删除然后又被重建了,针对这个 IP 的规则就不会更新,旧的连接依然发往这个 IP,但旧 Pod 已经不在了,后面继续发包时依然转发给这个 Pod IP,最终会被转发到这个有相同 IP 的新 Pod 上,而新 Pod 收到此包时检查报文发现不对劲,就返回 RST 给 client 告知将连接重置。

  • 针对这种情况,建议应用自身处理好优雅结束:Pod 进入 Terminating 状态后会发送 SIGTERM 信号给业务进程,业务进程的代码需处理这个信号,在进程退出前关闭所有连接。

  • Connection refused: 连接被拒绝。通常是连接还没建立,client 正在发 SYN 包请求建立连接,但到了 server 之后发现端口没监听,内核就返回 RST 包,然后应用层就报错连接被拒绝。

  • 比如在 server 滚动更新过程中,旧的 Pod 中的进程很快就停止了 (网卡还未完全销毁),但 client 所在节点的 iptables/ipvs 规则还没更新,包就可能会被转发到了这个停止的 Pod (由于 k8s 的 controller 模式,从 Pod 删除到 service 的 endpoint 更新,再到 kube-proxy watch 到更新并更新 节点上的 iptables/ipvs 规则,这个过程是异步的,中间存在一点时间差,所以有可能存在 Pod 中的进程已经没有监听,但 iptables/ipvs 规则还没更新的情况)。针对这种情况,建议给容器加一个 preStop,在真正销毁 Pod 之前等待一段时间,留时间给 kube-proxy 更新转发规则,更新完之后就不会再有新连接往这个旧 Pod 转发了,preStop 示例:

复制代码
lifecycle:
preStop:
exec:
command:
- /bin/bash
- -c
- sleep 30

另外,还可能是新的 Pod 启动比较慢,虽然状态已经 Ready,但实际上可能端口还没监听,新的请求被转发到这个还没完全启动的 Pod 就会报错连接被拒绝。

针对这种情况,建议给容器加就绪检查 (readinessProbe),让容器真正启动完之后才将其状态置为 Ready,然后 kube-proxy 才会更新转发规则,这样就能保证新的请求只被转发到完全启动的 Pod,readinessProbe 示例:

复制代码
readinessProbe:
httpGet:
path: /healthz
port: 80
httpHeaders:
- name: X-Custom-Header
value: Awesome
initialDelaySeconds: 15
timeoutSeconds: 1
  • Connection timed out: 连接超时。通常是连接还没建立,client 发 SYN 请求建立连接一直等到超时时间都没有收到 ACK,然后就报错连接超时。

  • 这个可能场景跟前面 Connection refused 可能的场景类似,不同点在于端口有监听,但进程无法正常响应了: 转发规则还没更新,旧 Pod 的进程正在停止过程中,虽然端口有监听,但已经不响应了;或者转发规则更新了,新 Pod 端口也监听了,但还没有真正就绪,还没有能力处理新请求。针对这些情况的建议跟前面一样:加 preStop 和 readinessProbe。

下面我们来继续分析滚动更新时发生 “No route to host” 的可能情况。

这个报错很明显,IP 无法路由,通常是将报文发到了一个已经彻底销毁的 Pod (网卡已经不在)。不可能发到一个网卡还没创建好的 Pod,因为即便不加存活检查,也是要等到 Pod 网络初始化完后才可能 Ready,然后 kube-proxy 才会更新转发规则。

什么情况下会转发到一个已经彻底销毁的 Pod?借鉴前面几种滚动更新的报错分析,我们推测应该是 Pod 很快销毁了但转发规则还没更新,从而新的请求被转发了这个已经销毁的 Pod,最终报文到达这个 Pod 所在 PodCIDR 的 Node 上时,Node 发现本机已经没有这个 IP 的容器,然后 Node 就返回 ICMP 包告知 client 这个 IP 不可达,client 收到 ICMP 后,应用层就会报错 “No route to host”。

所以关键点在于 Pod 销毁太快,转发规则还没来得及更新,导致后来的请求被转发到已销毁的 Pod。针对这种情况,我们可以给容器加一个 preStop,留时间给 kube-proxy 更新转发规则来解决,可以参考

深入分析

为了弄清楚根本原因,我们请求用户协助搭建了一个可以复现问题的测试环境,最终这个问题在测试环境中可以稳定复现。

仔细观察,实际是部署两个服务:ServiceA 和 ServiceB。使用 ab 压测工具去压测 ServiceA (短连接),然后 ServiceA 会通过 RPC 调用 ServiceB (短连接),滚动更新的是 ServiceB,报错发生在 ServiceA 调用 ServiceB 这条链路。

在 ServiceB 滚动更新期间,新的 Pod Ready 了之后会被添加到 IPVS 规则的 RS 列表,但旧的 Pod 不会立即被踢掉,而是将新的 Pod 权重置为 1,旧的置为 0,通过在 client 所在节点查看 IPVS 规则可以看出来:

复制代码
root@VM-0-3-ubuntu:~# ipvsadm -ln -t 172.16.255.241:80
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
-> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP 172.16.255.241:80 rr
-> 172.16.8.106:80 Masq 0 5 14048
-> 172.16.8.107:80 Masq 1 2 243

为什么不立即踢掉旧的 Pod 呢?因为要支持优雅结束,让存量的连接处理完,等存量连接全部结束了再踢掉它 (ActiveConn+InactiveConn=0),这个逻辑可以通过这里的代码确认:

然后再通过 ipvsadm -lnc | grep 172.16.8.106 发现旧 Pod 上的连接大多是 TIME_WAIT 状态,这个也容易理解:因为 ServiceA 作为 client 发起短连接请求调用 ServiceB,调用完成就会关闭连接,TCP 三次挥手后进入 TIME_WAIT 状态,等待 2*MSL (2 分钟) 的时长再清理连接。

经过上面的分析,看起来都是符合预期的,那为什么还会出现 “No route to host” 呢?难道权重被置为 0 之后还有新连接往这个旧 Pod 转发?我们来抓包看下:

复制代码
root@VM-0-3-ubuntu:~# tcpdump -i eth0 host 172.16.8.106 -n -tttt
tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decode
listening on eth0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
2019-12-13 11:49:47.319093 IP 10.0.0.3.36708 > 172.16.8.106.80: Flags [S], seq 3988339656, win 29200, options [mss 1460,sackOK,TS val 3751111666 ecr 0,nop,wscale 9], length 0
2019-12-13 11:49:47.319133 IP 10.0.0.3.36706 > 172.16.8.106.80: Flags [S], seq 109196945, win 29200, options [mss 1460,sackOK,TS val 3751111666 ecr 0,nop,wscale 9], length 0
2019-12-13 11:49:47.319144 IP 10.0.0.3.36704 > 172.16.8.106.80: Flags [S], seq 1838682063, win 29200, options [mss 1460,sackOK,TS val 3751111666 ecr 0,nop,wscale 9], length 0
2019-12-13 11:49:47.319153 IP 10.0.0.3.36702 > 172.16.8.106.80: Flags [S], seq 1591982963, win 29200, options [mss 1460,sackOK,TS val 3751111666 ecr 0,nop,wscale 9], length 0

果然是!即使权重为 0,仍然会尝试发 SYN 包跟这个旧 Pod 建立连接,但永远无法收到 ACK,因为旧 Pod 已经销毁了。为什么会这样呢?难道是 IPVS 内核模块的调度算法有问题?尝试去看了下 linux 内核源码,并没有发现哪个调度策略的实现函数会将新连接调度到权重为 0 的 rs 上。

这就奇怪了,可能不是调度算法的问题?继续尝试看更多的代码,主要是 net/netfilter/ipvs/ip_vs_core.c 中的 ip_vs_in 函数,也就是 IPVS 模块处理报文的主要入口,发现它会先在本地连接转发表看这个包是否已经有对应的连接了(匹配五元组),如果有就说明它不是新连接也就不会调度,直接发给这个连接对应的之前已经调度过的 rs (也不会判断权重);如果没匹配到说明这个包是新的连接,就会走到调度这里 (rr, wrr 等调度策略),这个逻辑看起来也没问题。

那为什么会转发到权重为 0 的 rs ?难道是匹配连接这里出问题了?新的连接匹配到了旧的连接?我开始做实验验证这个猜想,修改一下这里的逻辑:检查匹配到的连接对应的 rs 如果权重为 0,则重新调度。然后重新编译和加载 IPVS 内核模块,再重新压测一下,发现问题解决了!没有报 “No route to host” 了。

虽然通过改内核源码解决了,但我知道这不是一个好的解决方案,它会导致 IPVS 不支持连接的优雅结束,因为不再转发包给权重为 0 的 rs,存量的连接就会立即中断。

继续陷入深思……

这个实验只是证明了猜想:新连接匹配到了旧连接。那为什么会这样呢?难道新连接报文的五元组跟旧连接的相同了?

经过一番思考,发现这个是有可能的。因为 ServiceA 作为 client 请求 ServiceB,不同请求的源 IP 始终是相同的,关键点在于源端口是否可能相同。由于 ServiceA 向 ServiceB 发起大量短连接,ServiceA 所在节点就会有大量 TIME_WAIT 状态的连接,需要等 2 分钟 (2*MSL) 才会清理,而由于连接量太大,每次发起的连接都会占用一个源端口,当源端口不够用了,就会重用 TIME_WAIT 状态连接的源端口,这个时候当报文进入 IPVS 模块,检测到它的五元组跟本地连接转发表中的某个连接一致 (TIME_WAIT 状态),就以为它是一个存量连接,然后直接将报文转发给这个连接之前对应的 rs 上,然而这个 rs 对应的 Pod 早已销毁,所以抓包看到的现象是将 SYN 发给了旧 Pod,并且无法收到 ACK,伴随着返回 ICMP 告知这个 IP 不可达,也被应用解释为 “No route to host”。

后来无意间又发现一个还在 open 状态的 issue,虽然还没提到 “No route to host” 关键字,但讨论的跟我们这个其实是同一个问题。我也参与了讨论,有兴趣的同学可以看下

总结

这个问题通常发生的场景就是类似于我们测试环境这种:ServiceA 对外提供服务,当外部发起请求,ServiceA 会通过 RPC 或 HTTP 调用 ServiceB,如果外部请求量变大,ServiceA 调用 ServiceB 的量也会跟着变大,大到一定程度,ServiceA 所在节点源端口不够用,复用 TIME_WAIT 状态连接的源端口,导致五元组跟 IPVS 里连接转发表中的 TIME_WAIT 连接相同,IPVS 就认为这是一个存量连接的报文,就不判断权重直接转发给之前的 rs,导致转发到已销毁的 Pod,从而发生 “No route to host”。

如何规避?集群规模小可以使用 iptables 模式,如果需要使用 ipvs 模式,可以增加 ServiceA 的副本,并且配置反亲和性 (podAntiAffinity),让 ServiceA 的 Pod 部署到不同节点,分摊流量,避免流量集中到某一个节点,导致调用 ServiceB 时源端口复用。

如何彻底解决?暂时还没有一个完美的方案。

Issue 85517 讨论让 kube-proxy 支持自定义配置几种连接状态的超时时间,但这对 TIME_WAIT 状态无效。

Issue 81308 讨论 IVPS 的优雅结束是否不考虑不活跃的连接 (包括 TIME_WAIT 状态的连接),也就是只考虑活跃连接,当活跃连接数为 0 之后立即踢掉 rs。这个确实可以更快的踢掉 rs,但无法让优雅结束做到那么优雅了,并且有人测试了,即便是不考虑不活跃连接,当请求量很大,还是不能很快踢掉 rs,因为源端口复用还是会导致不断有新的连接占用旧的连接,在较新的内核版本,SYN_RECV 状态也被视为活跃连接,所以活跃连接数还是不会很快降到 0。

这个问题的终极解决方案将走向何方,我们拭目以待!

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