[Go] 如何对多个网络命令空间中的端口进行监听
Go 如何对多个网络命令空间中的端口进行监听
需求为 对多个命名空间内的端口进行监听和代理。
刚开始对 netns 的理解不够深刻，以为必须存在一个新的线程然后调用 setns(2) 切换过去，如果有新的 netns 那么需要再新建一个线程切换过去使用，这样带来的问题就是线程数量和 netns 的数量为 1:1，资源占用会比较多。
当时没有想到别的好办法，Go 里面也不能创建线程，只能想到使用一个 C 进程来实现这个功能，这里就多了 通信交互/协议解析处理/资源占用 的成本。
新方案
后面在 stackoverflow 中闲逛看到一篇文章 https://stackoverflow.com/questions/28846059/can-i-open-sockets-in-multiple-network-namespaces-from-my-python-code，看到了关键点 在套接字创建之前，切换到对应的命名空间，并不需要创建线程。
这样就可以一个线程下对多个命名空间的端口进行监听，可以减少线程本身资源的占用以及额外的管理成本。
原来 C 实现的改造比较好实现，删除创建线程那一步差不多就可以了。如何更进一步使用 Go 实现，减少维护的成本？
使用 Go 进行实现
保证套接字创建时在某个命名空间内，就可以完成套接字后续的操作，不必使用一个线程来持有一个命名空间，建立一个典型的 TCP 服务如下
- 获取并且保存默认网络命名空间
- 加锁防止多个网络命名空间同时切换，同时需要将 goroutine 绑定到当前的线程上防止被调度
- 获取需要操作的网络命名空间，并且切换过去 setns
- 监听套接字 net.Listen
- 切换到默认的命名空间（还原）
- 释放当前线程的绑定，释放锁
实现对 TCP 的监听
使用 github.com/vishvananda/netns 这个库对网络命名空间进行操作，一个同时在 默认/ns1/ns2 三个命名空间内监听 8000 端口的例子如下：
命名空间创建命令
ip netns add ns1
ip netns add ns2
package main
import (
"net"
"runtime"
"sync"
"github.com/pkg/errors"
"github.com/sirupsen/logrus"
"github.com/vishvananda/netns"
)
var (
mainNetnsHandler netns.NsHandle
mainNetnsMutex sync.Mutex
)
func mustInitMainNetnsHandler() {
nh, err := netns.Get()
if err != nil {
panic(err)
}
mainNetnsHandler = nh
}
func ListenInsideNetns(ns, network, address string) (net.Listener, error) {
if ns == "" {
return net.Listen(network, address)
}
var set bool
mainNetnsMutex.Lock()
runtime.LockOSThread()
defer func() {
if set {
err := netns.Set(mainNetnsHandler)
if err != nil {
logrus.WithError(err).Warn("Fail to back to main netns")
}
}
runtime.UnlockOSThread()
mainNetnsMutex.Unlock()
}()
nh, err := netns.GetFromName(ns)
if err != nil {
return nil, errors.Wrap(err, "netns.GetFromName")
}
defer nh.Close()
err = netns.Set(nh)
if err != nil {
return nil, errors.Wrap(err, "netns.Set")
}
set = true
return net.Listen(network, address)
}
func serve(listener net.Listener) error {
for {
conn, err := listener.Accept()
if err != nil {
return err
}
logrus.WithFields(logrus.Fields{"local": conn.LocalAddr(), "remote": conn.RemoteAddr()}).Info("New conn")
conn.Write([]byte("hello"))
conn.Close()
}
}
func main() {
mustInitMainNetnsHandler()
wg := sync.WaitGroup{}
wg.Add(3)
go func() {
defer wg.Done()
lis, err := ListenInsideNetns("", "tcp", ":8000")
if err != nil {
panic(err)
}
logrus.WithFields(logrus.Fields{"netns": "", "addr": lis.Addr()}).Info("Listen on")
serve(lis)
}()
go func() {
defer wg.Done()
lis, err := ListenInsideNetns("ns1", "tcp", ":8000")
if err != nil {
panic(err)
}
logrus.WithFields(logrus.Fields{"netns": "ns1", "addr": lis.Addr()}).Info("Listen on")
serve(lis)
}()
go func() {
defer wg.Done()
lis, err := ListenInsideNetns("ns2", "tcp", ":8000")
if err != nil {
panic(err)
}
logrus.WithFields(logrus.Fields{"netns": "ns2", "addr": lis.Addr()}).Info("Listen on")
serve(lis)
}()
wg.Wait()
}
UDP/SCTP 的监听
UDP 监听和 TCP 无异，Go 会做好调度不会产生新线程。
SCTP 如果是使用库 github.com/ishidawataru/sctp，那么需要注意这个库就是简单的 fd 封装，并且其 Accept() 是一个阻塞的动作，在 for 循环内调用 Accept() 会导致 Go runtime 会创建一个新线程来防止阻塞。
解决方案如下，直接操作 fd
- 设置非阻塞
- 手动使用 epoll 封装（必须是 epoll，select/poll 在几百个fd的情况下性能很差，无连接的情况负载都很高）。
获取 fd 的方式如下
type sctpWrapListener struct {
*sctp.SCTPListener
fd int
}
func listenSCTP(network, address string) (*sctpWrapListener, error) {
addr, err := parseSCTPAddr(address)
if err != nil {
return nil, err
}
sctpFd := 0
sc := sctp.SocketConfig{
InitMsg: sctp.InitMsg{NumOstreams: sctp.SCTP_MAX_STREAM},
Control: func(network, address string, c syscall.RawConn) error {
return c.Control(func(fd uintptr) {
err := syscall.SetNonblock(int(fd), true)
if err != nil {
syscall.Close(int(fd))
return
}
sctpFd = int(fd)
})
},
}
l, err := sc.Listen(network, addr)
if err != nil {
return nil, err
}
return &sctpWrapListener{SCTPListener: l, fd: sctpFd}, nil
}
实际应用的数据参考
打开的文件如下
root@localhost:~# lsof -p $(pidof fake_name) | tail
fake_name 1599860 root 1203u sock 0,8 0t0 20374830 protocol: UDP
fake_name 1599860 root 1204u pack 20375161 0t0 ALL type=SOCK_RAW
fake_name 1599860 root 1205u sock 0,8 0t0 20374831 protocol: SCTPv6
fake_name 1599860 root 1206u sock 0,8 0t0 20375156 protocol: TCP
fake_name 1599860 root 1207u sock 0,8 0t0 20375157 protocol: UDP
fake_name 1599860 root 1208u sock 0,8 0t0 20375158 protocol: SCTPv6
fake_name 1599860 root 1209u pack 20381769 0t0 ALL type=SOCK_RAW
fake_name 1599860 root 1210u sock 0,8 0t0 20381764 protocol: TCP
fake_name 1599860 root 1211u sock 0,8 0t0 20381765 protocol: UDP
fake_name 1599860 root 1212u sock 0,8 0t0 20381766 protocol: SCTPv6
root@localhost:~# lsof -p $(pidof fake_name) | wc -l
1216
业务机器CPU为 4 核心，创建的线程如下
root@localhost:~# ll /proc/$(pidof fake_name)/task
total 0
dr-xr-xr-x 13 root root 0 Jul 3 14:51 ./
dr-xr-xr-x 9 root root 0 Jul 3 14:51 ../
dr-xr-xr-x 7 root root 0 Jul 3 14:51 1599860/
dr-xr-xr-x 7 root root 0 Jul 3 14:57 1599861/
dr-xr-xr-x 7 root root 0 Jul 3 14:57 1599862/
dr-xr-xr-x 7 root root 0 Jul 3 14:57 1599863/
dr-xr-xr-x 7 root root 0 Jul 3 14:57 1599864/
dr-xr-xr-x 7 root root 0 Jul 3 14:57 1599865/
dr-xr-xr-x 7 root root 0 Jul 3 14:57 1600021/
dr-xr-xr-x 7 root root 0 Jul 3 14:57 1600033/
dr-xr-xr-x 7 root root 0 Jul 3 14:57 1600056/
dr-xr-xr-x 7 root root 0 Jul 3 14:57 1600058/
dr-xr-xr-x 7 root root 0 Jul 3 14:57 1602524/
root@localhost:~# ll /proc/$(pidof fake_name)/task | wc -l
14
