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ChaosBlade：从零开始的混沌工程（四）

· 11 min read
郭旭东（@sunny0826）

前言​

在上篇文章中，我们介绍了如何使用 ChaosBlade Operator 对 pod 资源进行混沌实验。从本章将继续对 Kubernetes Node 资源的混沌实验进行讲解，同时也配套了 katacode 交互式教程，读者可用通过 katacode，在浏览器上操作真实的 Kubernetes 和 ChaosBlade。

chaosblade.io 官网已经正式上线。

实验对象：Node​

在 Kubernetes 中，节点（Node）是执行工作的机器，以前叫做 minion。根据你的集群环境，节点可以是一个虚拟机或者物理机器。每个节点都包含用于运行 pods 的必要服务，并由主控组件管理。节点上的服务包括 容器运行时、kubelet 和 kube-proxy。

Node 实验场景​

同上篇文章，本篇默认已安装 guestbook 应用和 ChaosBlade Operator。

节点资源相关场景​

节点 CPU 负载实验场景​

实验目标：指定一个节点，做 CPU 负载 80% 实验。

开始实验

node_cpu_load.yaml 内容：

apiVersion: chaosblade.io/v1alpha1
kind: ChaosBlade
metadata:
  name: cpu-load
spec:
  experiments:
  - scope: node
    target: cpu
    action: fullload
    desc: "increase node cpu load by names"
    matchers:
    - name: names
      value:
      - "docker20"
    - name: cpu-percent
      value:
      - "80"

选择一个节点，修改 node_cpu_load.yaml 中的 names 值。

执行命令，开始实验：

$ kubectl apply -f node_cpu_load.yaml

查看实验状态

执行 kubectl get blade cpu-load -o json 命令，查看实验状态。

查看实验结果

进入该 Node 节点，可以看到该节点 CPU 达到预期效果：

节点 CPU 负载实验

停止实验

执行命令：kubectl delete -f node_cpu_load.yaml

或者直接删除 blade 资源：kubectl delete blade cpu-load

节点网络相关场景​

实验前，请先登录 node 节点，使用 ifconfig 命令查看网卡信息，不是所有系统默认的网卡名称都是 eth0。

节点网络延迟场景​

实验目标：指定节点的本地 32436 端口添加 3000 毫秒访问延迟，延迟时间上下浮动 1000 毫秒。

开始实验

选择一个节点，修改 delay_node_network_by_names.yaml 中的 names 值。

对 docker20 节点本地端口 32436 访问丢包率 100%。

delay_node_network_by_names.yaml 内容：

apiVersion: chaosblade.io/v1alpha1
kind: ChaosBlade
metadata:
  name: delay-node-network-by-names
spec:
  experiments:
  - scope: node
    target: network
    action: delay
    desc: "delay node network loss"
    matchers:
    - name: names
      value: ["docker20"]
    - name: interface
      value: ["ens33"]
    - name: local-port
      value: ["32436"]
    - name: time
      value: ["3000"]
    - name: offset
      value: ["1000"]

执行命令，开始实验：

$ kubectl apply -f delay_node_network_by_names.yaml

查看实验状态

执行 kubectl get blade delay-node-network-by-names -o json 命令，查看实验状态。

查看实验结果

# 从实验节点访问 Guestbook
$ time echo "" | telnet 192.168.1.129 32436
Trying 192.168.1.129...
Connected to 192.168.1.129.
Escape character is '^]'.
Connection closed by foreign host.
echo ""  0.00s user 0.00s system 35% cpu 0.003 total
telnet 192.168.1.129 32436  0.01s user 0.00s system 0% cpu 3.248 total

节点网络延迟场景

停止实验

执行命令：kubectl delete -f delay_node_network_by_names.yaml

或者直接删除 blade 资源：kubectl delete blade delay-node-network-by-names

节点网络丢包场景​

实验目标：指定节点的 32436 端口注入丢包率 100% 的故障。

开始实验

选择一个节点，修改 loss_node_network_by_names.yaml 中的 names 值。

loss_node_network_by_names.yaml 内容：

apiVersion: chaosblade.io/v1alpha1
kind: ChaosBlade
metadata:
  name: loss-node-network-by-names
spec:
  experiments:
  - scope: node
    target: network
    action: loss
    desc: "node network loss"
    matchers:
    - name: names
      value: ["docker20"]
    - name: percent
      value: ["100"]
    - name: interface
      value: ["ens33"]
    - name: local-port
      value: ["32436"]

执行命令，开始实验：

$ kubectl apply -f loss_node_network_by_names.yaml

查看实验结果

执行 kubectl get blade loss-node-network-by-names -o json 命令，查看实验状态。

观测结果

该端口为 Guestbook nodeport 的端口，访问实验端口无响应，但是访问未开启实验的端口可以正常使用：

# 获取节点 IP
$ kubectl get node -o wide
NAME       STATUS   ROLES                      AGE     VERSION   INTERNAL-IP     EXTERNAL-IP   OS-IMAGE             KERNEL-VERSION       CONTAINER-RUNTIME
docker20   Ready    worker                     3d16h   v1.17.6   192.168.1.129   <none>        Ubuntu 18.04.4 LTS   4.15.0-101-generic   docker://19.3.11
kk         Ready    controlplane,etcd,worker   4d16h   v1.17.6   192.168.4.210   <none>        Ubuntu 18.04.4 LTS   4.15.0-101-generic   docker://19.3.11
# 从实验节点访问 Guestbook - 无法访问
$ telnet 192.168.1.129 32436
Trying 192.168.1.129...
telnet: connect to address 192.168.1.129: Operation timed out
telnet: Unable to connect to remote host
# 从非实验节点访问 Guestbook - 正常访问
$ telnet 192.168.4.210 32436
Trying 192.168.4.210...
Connected to 192.168.4.210.
Escape character is '^]'.

节点网络丢包场景

同样也可以直接从浏览器访问地址，验证实验。

停止实验

执行命令：kubectl delete -f loss_node_network_by_names.yaml

或者直接删除 blade 资源：kubectl delete blade loss-node-network-by-names

节点域名访问异常场景​

实验目标：本实验通过修改 Node 的 hosts，篡改域名地址映射，模拟 Pod 内域名访问异常场景。

开始实验

选择一个节点，修改 dns_node_network_by_names.yaml 中的 names 值。

dns_node_network_by_names.yaml 内容：

apiVersion: chaosblade.io/v1alpha1
kind: ChaosBlade
metadata:
  name: dns-node-network-by-names
spec:
  experiments:
  - scope: node
    target: network
    action: dns
    desc: "dns node network by names"
    matchers:
    - name: names
      value:
      - "docker20"
    - name: domain
      value: ["www.baidu.com"]
    - name: ip
      value: ["10.0.0.1"]

执行命令，开始实验：

$ kubectl apply -f dns_node_network_by_names.yaml

查看实验状态

执行 kubectl get blade dns-node-network-by-names -o json 命令，查看实验状态。

查看实验结果

# 进入实验 node
$ ssh kk@192.168.1.129
# Ping www.baidu.com
$ ping www.baidu.com
# 无响应

节点域名访问异常场景

可以看到 Node 的 /etc/hosts 文件被修改，模拟了 dns 解析异常的场景。

停止实验

执行命令：kubectl delete -f dns_node_network_by_names.yaml

或者直接删除 blade 资源：kubectl delete blade dns-node-network-by-names

节点磁盘相关场景​

kubernetes 节点磁盘场景。

节点磁盘填充场景​

实验目标：指定节点磁盘占用 80%

开始实验

选择一个节点，修改 fill_node_disk_by_names.yaml 中的 names 值。

fill_node_disk_by_names.yaml 内容：

apiVersion: chaosblade.io/v1alpha1
kind: ChaosBlade
metadata:
  name: fill-node-disk-by-names
spec:
  experiments:
  - scope: node
    target: disk
    action: fill
    desc: "node disk fill"
    matchers:
    - name: names
      value: ["docker20"]
    - name: percent
      value: ["80"]

执行命令，开始实验：

$ kubectl apply -f fill_node_disk_by_names.yaml

查看实验状态

执行 kubectl get blade fill-node-disk-by-names -o json 命令，查看实验状态。

查看实验结果

可以看到磁盘占用 80%。

# 进入实验 node
$ ssh kk@192.168.1.129
# 查看磁盘使用率
$ df -h
Filesystem      Size  Used Avail Use% Mounted on
udev            7.9G     0  7.9G   0% /dev
tmpfs           1.6G  2.2M  1.6G   1% /run
/dev/sda2        98G   73G   20G  79% /
tmpfs           7.9G     0  7.9G   0% /dev/shm
tmpfs           5.0M     0  5.0M   0% /run/lock
tmpfs           7.9G     0  7.9G   0% /sys/fs/cgroup
/dev/loop1       90M   90M     0 100% /snap/core/8268
tmpfs           1.6G     0  1.6G   0% /run/user/1000
/dev/loop0       98M   98M     0 100% /snap/core/9289

节点磁盘填充场景

停止实验

执行命令：kubectl delete -f fill_node_disk_by_names.yaml

或者直接删除 blade 资源：kubectl delete blade fill-node-disk-by-names

节点进程相关场景​

kubernetes 节点进程相关场景。

杀节点上指定进程​

实验目标：此实验会删除指定节点上的 redis-server 进程。

开始实验

选择一个节点，修改 kill_node_process_by_names.yaml 中的 names 值。

kill_node_process_by_names.yaml 内容：

apiVersion: chaosblade.io/v1alpha1
kind: ChaosBlade
metadata:
  name: kill-node-process-by-names
spec:
  experiments:
  - scope: node
    target: process
    action: kill
    desc: "kill node process by names"
    matchers:
    - name: names
      value: ["docker20"]
    - name: process
      value: ["redis-server"]

执行命令，开始实验：

$ kubectl apply -f kill_node_process_by_names.yaml

查看实验状态

执行 kubectl get blade kill-node-process-by-names -o json 命令，查看实验状态。

查看实验结果

# 进入实验 node
$ ssh kk@192.168.1.129
# 查看 redis-server 进程号
$ ps -ef | grep redis-server
root     31327 31326  0 06:15 ?        00:00:00 redis-server *:6379
# 可以看到进程号发生了变化
$ ps -ef | grep redis-server
root      2873  2872  0 06:23 ?        00:00:00 redis-server *:6379

redis-server 的进程号发生改变，说明被杀掉后，又被重新拉起。

杀节点上指定进程

停止实验

执行命令：kubectl delete -f kill_node_process_by_names.yaml

或者直接删除 blade 资源：kubectl delete blade kill-node-process-by-names

挂起节点上指定进程​

实验目标：此实验会挂起指定节点上的 redis-server 进程。

开始实验

选择一个节点，修改 stop_node_process_by_names.yaml 中的 names 值。

stop_node_process_by_names.yaml 内容：

apiVersion: chaosblade.io/v1alpha1
kind: ChaosBlade
metadata:
  name: stop-node-process-by-names
spec:
  experiments:
  - scope: node
    target: process
    action: stop
    desc: "kill node process by names"
    matchers:
    - name: names
      value: ["docker20"]
    - name: process
      value: ["redis-server"]

执行命令，开始实验：

$ kubectl apply -f stop_node_process_by_names.yaml

查看实验状态

执行 kubectl get blade stop-node-process-by-names -o json 命令，查看实验状态。

查看实验结果

# 进入实验 node
$ ssh kk@192.168.1.129
# 查看 redis-server 进程号
$ ps aux| grep redis-server
root      5632  0.0  0.0  41520  4168 ?        Tl   06:28   0:06 redis-server *:6379

可以看到 redis-server 此刻进程处于暂停状态了（T）。

挂起节点上指定进程

停止实验

执行命令：kubectl delete -f stop_node_process_by_names.yaml

或者直接删除 blade 资源：kubectl delete blade stop-node-process-by-names

结语​

本篇我们使用 ChaosBlade Operator 对 Kubernetes Node 资源进行混沌工程实验，可以看到对于 Node 节点，ChaosBlade 依旧有简单的配置及操作来完成复杂的实验，可以通过自由组合，实现各种 Node 节点级别的复杂故障，验证 Kubernetes 集群的稳定性及可用性。同时当真正的故障来临时，由于早已模拟了各种故障情况，可以快速定位故障源，做到处变不惊，轻松处理故障。