Kubernetes IPVS模式下服务间长连接通讯的优化，解决Connection reset by peer问题

2018-12-12

前段时间测试将一套Kubernetes环境的kube-proxy切换成了ipvs模式，参见Kubernetes kube-proxy开启IPVS模式。这套Kubernetes集群上主要运行http restful和gRPC两类服务，切换后这段时间还算稳定，只是最近某些客户端服务在调用gRPC服务时小概率出现Connection reset by peer的错误。

经过本地环境测试，当发一起一波请求到客户端服务预热一下，然后停止大约不到二十分钟时间，再请求客户端服务，客户端服务就会返回Connection reset by peer的错误，这说明是gRPC服务端将连接主动关闭了。接下来再发起一波请求到客户端服务，一切又微服务正常。

在切换成ipvs模式后，客户端服务和gRPC服务之间的通信是基于ipvs的：

kube-proxy-ipvs

把上图中client看成是客户端服务Pod，3个Backend Pod(1~3)看成是后端的gRPC服务。可以看出客户端服务和gRPC服务之间的交互路径：

1grpc-client ---> ipvs 
2        ---> grpc server pod1
3        ---> grpc server pod3
4        ---> grpc server pod3

我们知道gRPC是基于HTTP/2协议的，gRPC的client和server在交互时会建立多条连接，为了性能，这些连接都是长连接并且是一直保活的。这段环境中不管是客户端服务还是gRPC服务都被调度到各个相同配置信息的Kubernetes节点上，这些k8s节点的keep-alive是一致的，如果出现连接主动关闭的问题，因为从client到server经历了一层ipvs，所以最大的可能就是ipvs出将连接主动断开，而client端还不知情。

搜索ipvs timeout关键字找到了下面相关的链接：

https://github.com/moby/moby/issues/31208中是关于docker swarm在overlay网络下长连接的问题，这个和k8s kube-proxy应该是类似的，按照这个链接中的描述查看我们这套环境关于tcp keepalive的内核参数：

1sysctl net.ipv4.tcp_keepalive_time net.ipv4.tcp_keepalive_probes net.ipv4.tcp_keepalive_intvl
2net.ipv4.tcp_keepalive_time = 7200
3net.ipv4.tcp_keepalive_probes = 9
4net.ipv4.tcp_keepalive_intvl = 75

上面这段参数的含义: net.ipv4.tcp_keepalive_time是连接时长，当超过这个时间后，每个net.ipv4.tcp_keepalive_intvl的时间间隔会发送keepalive数据包，net.ipv4.tcp_keepalive_probe是发送keepalived数据包的频率。

使用ipvsadm命令查看k8s节点上ipvs的超时时间：

1ipvsadm -l --timeout
2Timeout (tcp tcpfin udp): 900 120 300

经过上面的分析可以看出，各个k8s节点上tcp keepalive超时是7200秒(即2小时)，ipvs超时是900秒(15分钟)，这就出现如果客户端或服务端在15分钟内没有应答时，ipvs会主动将tcp连接终止，而客户端服务还傻傻以为是2个小时呢。很明显net.ipv4.tcp_keepalive_time不能超过ipvs的超时时间。

按照https://github.com/moby/moby/issues/31208中描述的，在测试环境中调节k8s节点上的tcp keepalive参数如下：

1net.ipv4.tcp_keepalive_time = 600
2net.ipv4.tcp_keepalive_intvl = 30
3net.ipv4.tcp_keepalive_probes = 10

再去测试Connection reset by peer问题已经解决。由于我们维护k8s集群的ansible role包含配置内核参数的task，将其完善如下：

 1- name: copy sysctl k8s.conf
 2  copy:
 3    src: k8s.conf
 4    dest: /etc/sysctl.d
 5
 6- name: sysctl k8s.conf
 7  sysctl: 
 8    name: "{{ item.name }}"
 9    value: "{{ item.value }}"
10    sysctl_file: /etc/sysctl.d/k8s.conf
11    sysctl_set: yes
12  with_items:
13    - name: net.bridge.bridge-nf-call-iptables
14      value: 1
15    - name: net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables
16      value: 1
17    - name: net.ipv4.tcp_keepalive_time
18      value: 600
19    - name: net.ipv4.tcp_keepalive_intvl
20      value: 30
21    - name: net.ipv4.tcp_keepalive_probes
22      value: 10

Kubernetes IPVS模式下服务间长连接通讯的优化，解决Connection reset by peer问题

2018-12-12

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