在 k8s 中，一个 node 的状态包含以下几个信息：

1、Addresses

主要包含以下几个字段：

  • HostName：Hostname 。可以通过 kubelet 的 --hostname-override 参数进行覆盖。
  • ExternalIP：通常是可以外部路由的 node IP 地址（从集群外可访问）。
  • InternalIP：通常是仅可在集群内部路由的 node IP 地址。
2、Condition

conditions 字段描述了所有 Running nodes 的状态。

3、Capacity

描述 node 上的可用资源：CPU、内存和可以调度到该 node 上的最大 pod 数量。

4、Info

描述 node 的一些通用信息，例如内核版本、Kubernetes 版本（kubelet 和 kube-proxy 版本）、Docker 版本 （如果使用了）和系统版本，这些信息由 kubelet 从 node 上获取到。

使用 kubectl get node xxx -o yaml 可以看到 node 所有的状态的信息，其中 status 中的信息都是 kubelet 需要上报的，所以 kubelet 不止上报心跳信息还上报节点信息、节点 OOD 信息、内存磁盘压力状态、节点监控状态、是否调度等。

node 状态信息

如果一个 node 处于非 Ready 状态超过 pod-eviction-timeout的值(默认为 5 分钟，在 kube-controller-manager 中定义)，在 v1.5 之前的版本中 kube-controller-manager 会 force delete pod 然后调度该宿主上的 pods 到其他宿主，在 v1.5 之后的版本中，kube-controller-manager 不会 force delete pod，pod 会一直处于Terminating 或Unknown 状态直到 node 被从 master 中删除或 kubelet 状态变为 Ready。在 node NotReady 期间，Daemonset 的 Pod 状态变为 Nodelost，Deployment、Statefulset 和 Static Pod 的状态先变为 NodeLost，然后马上变为 Unknown。Deployment 的 pod 会 recreate，Static Pod 和 Statefulset 的 Pod 会一直处于 Unknown 状态。

当 kubelet 变为 Ready 状态时，Daemonset的pod不会recreate，旧pod状态直接变为Running，Deployment的则是将kubelet进程停止的Node删除，Statefulset的Pod会重新recreate，Staic Pod 会被删除。

kubelet 有两种上报状态的方式，第一种定期向 apiserver 发送心跳消息，简单理解就是启动一个 goroutine 然后定期向 APIServer 发送消息。

第二中被称为 NodeLease，在 v1.13 之前的版本中，节点的心跳只有 NodeStatus，从 v1.13 开始，NodeLease feature 作为 alpha 特性引入。当启用 NodeLease feature 时，每个节点在“kube-node-lease”名称空间中都有一个关联的“Lease”对象，该对象由节点定期更新，NodeStatus 和 NodeLease 都被视为来自节点的心跳。NodeLease 会频繁更新，而只有在 NodeStatus 发生改变或者超过了一定时间(默认值为1分钟，node-monitor-grace-period 的默认值为 40s)，才会将 NodeStatus 上报给 master。由于 NodeLease 比 NodeStatus 更轻量级，该特性在集群规模扩展性和性能上有明显提升。本文主要分析第一种上报方式的实现。

kubernetes/pkg/kubelet/kubelet.go#Run

kl.syncNodeStatus 便是上报状态的，此处 kl.nodeStatusUpdateFrequency 使用的是默认设置的 10s，也就是说节点间同步状态的函数 kl.syncNodeStatus 每 10s 执行一次。

syncNodeStatus 是状态上报的入口函数，其后所调用的多个函数也都是在同一个文件中实现的。

kubernetes/pkg/kubelet/kubelet_node_status.go#syncNodeStatus

  1. func (kl *Kubelet) syncNodeStatus() {
  2.     kl.syncNodeStatusMux.Lock()
  3.     defer kl.syncNodeStatusMux.Unlock()
  5.     if kl.kubeClient == nil || kl.heartbeatClient == nil {
  6.         return
  7.     }
  9.     // 是否为注册节点
  10.     if kl.registerNode {
  11.         // This will exit immediately if it doesn't need to do anything.
  12.         kl.registerWithAPIServer()
  13.     }
  14.     if err := kl.updateNodeStatus(); err != nil {
  15.         klog.Errorf("Unable to update node status: %v", err)
  16.     }
  17. }

syncNodeStatus 调用 updateNodeStatus， 然后又调用 tryUpdateNodeStatus 来进行上报操作，而最终调用的是 setNodeStatus。这里还进行了同步状态判断，如果是注册节点，则执行 registerWithAPIServer，否则，执行 updateNodeStatus。

updateNodeStatus 主要是调用 tryUpdateNodeStatus 进行后续的操作，该函数中定义了状态上报重试的次数，nodeStatusUpdateRetry 默认定义为 5 次。

kubernetes/pkg/kubelet/kubelet_node_status.go#updateNodeStatus

tryUpdateNodeStatus 是主要的上报逻辑，先给 node 设置状态，然后上报 node 的状态到 master。

kubernetes/pkg/kubelet/kubelet_node_status.go#tryUpdateNodeStatus

  1. func (kl *Kubelet) tryUpdateNodeStatus(tryNumber int) error {
  3.         util.FromApiserverCache(&opts)
  4.     }
  6.     // 获取 node 信息
  7.     node, err := kl.heartbeatClient.CoreV1().Nodes().Get(string(kl.nodeName), opts)
  8.     if err != nil {
  9.         return fmt.Errorf("error getting node %q: %v", kl.nodeName, err)
  10.     }
  12.     originalNode := node.DeepCopy()
  13.     if originalNode == nil {
  14.         return fmt.Errorf("nil %q node object", kl.nodeName)
  15.     }
  17.     podCIDRChanged := false
  18.     if node.Spec.PodCIDR != "" {
  19.         if podCIDRChanged, err = kl.updatePodCIDR(node.Spec.PodCIDR); err != nil {
  20.             klog.Errorf(err.Error())
  21.         }
  22.     }
  24.     // 设置 node 状态
  25.     kl.setNodeStatus(node)
  27.     now := kl.clock.Now()
  28.     if utilfeature.DefaultFeatureGate.Enabled(features.NodeLease) && now.Before(kl.lastStatusReportTime.Add(kl.nodeStatusReportFrequency)) {
  29.         if !podCIDRChanged && !nodeStatusHasChanged(&originalNode.Status, &node.Status) {
  30.             kl.volumeManager.MarkVolumesAsReportedInUse(node.Status.VolumesInUse)
  31.             return nil
  32.         }
  33.     }
  34.     // 更新 node 信息到 master
  35.     // Patch the current status on the API server
  37.     if err != nil {
  38.         return err
  39.     }
  40.     kl.lastStatusReportTime = now
  41.     kl.setLastObservedNodeAddresses(updatedNode.Status.Addresses)
  42.     // If update finishes successfully, mark the volumeInUse as reportedInUse to indicate
  43.     // those volumes are already updated in the node's status
  44.     kl.volumeManager.MarkVolumesAsReportedInUse(updatedNode.Status.VolumesInUse)
  45.     return nil
  46. }

tryUpdateNodeStatus 中调用 setNodeStatus 设置 node 的状态。setNodeStatus 会获取一次 node 的所有状态，然后会将 kubelet 中保存的所有状态改为最新的值，也就是会重置 node status 中的所有字段。

kubernetes/pkg/kubelet/kubelet_node_status.go#setNodeStatus

setNodeStatus 通过 setNodeStatusFuncs 方法覆盖 node 结构体中所有的字段，setNodeStatusFuncs 是在

NewMainKubelet(pkg/kubelet/kubelet.go) 中初始化的。

  1.  func NewMainKubelet(kubeCfg *kubeletconfiginternal.KubeletConfiguration,
  2.          // ...
  3.          // Generating the status funcs should be the last thing we do,
  4.     klet.setNodeStatusFuncs = klet.defaultNodeStatusFuncs()
  6.     return klet, nil
  7. }

defaultNodeStatusFuncs 是生成状态的函数，通过获取 node 的所有状态指标后使用工厂函数生成状态

kubernetes/pkg/kubelet/kubelet_node_status.go#defaultNodeStatusFuncs

defaultNodeStatusFuncs 可以看到 node 上报的所有信息，主要有 MemoryPressureCondition、DiskPressureCondition、PIDPressureCondition、ReadyCondition 等。每一种 nodestatus 都返回一个 setters，所有 setters 的定义在 pkg/kubelet/nodestatus/setters.go 文件中。

对于二次开发而言，如果我们需要 APIServer 掌握更多的 Node 信息，可以在此处添加自定义函数，例如，上报磁盘信息等。

tryUpdateNodeStatus 中最后调用 PatchNodeStatus 上报 node 的状态到 master。

kubernetes/pkg/util/node/node.go#PatchNodeStatus

  1. // PatchNodeStatus patches node status.
  2. func PatchNodeStatus(c v1core.CoreV1Interface, nodeName types.NodeName, oldNode *v1.Node, newNode *v1.Node) (*v1.Node, []byte, error) {
  3.         // 计算 patch 
  4.     patchBytes, err := preparePatchBytesforNodeStatus(nodeName, oldNode, newNode)
  5.     if err != nil {
  6.         return nil, nil, err
  7.     }
  9.     updatedNode, err := c.Nodes().Patch(string(nodeName), types.StrategicMergePatchType, patchBytes,       "status")
  10.     if err != nil {
  11.         return nil, nil, fmt.Errorf("failed to patch status %q for node %q: %v", patchBytes, nodeName, err)
  12.     }

在 PatchNodeStatus 会调用已注册的那些方法将状态把状态发给 APIServer。

本文主要讲述了 kubelet 上报状态的方式及其实现，node 状态上报的方式目前有两种，本文仅分析了第一种状态上报的方式。在大规模集群中由于节点数量比较多，所有 node 都频繁报状态对 etcd 会有一定的压力，当 node 与 master 通信时由于网络导致心跳上报失败也会影响 node 的状态，为了避免类似问题的出现才有 NodeLease 方式，对于该功能的实现后文会继续进行分析。

参考：

https://www.qikqiak.com/post/kubelet-sync-node-status/

https://blog.csdn.net/shida_csdn/article/details/84286058