記一次容器環境下出現 Address not available
困惑的源地址
pod 創建后一段時間一直是正常運行，突然有一天發現沒有新的連接創建了，業務上是通過 pod A 訪問 svc B 的 svc name 的方式，進入 pod 手動去 wget 一下，發現報錯了 Address not available，為何會報錯這個呢？
大概示例圖如下：
為什么會出現 Address not available，是什么地址不可用，查了很多資料，根據 POSIX（Portable Operating System Interface for UNIX）標準的錯誤定義中找到了相關的定義，同樣說的還不是很清楚。
錯誤代碼參考連接：[errno.3[1]]
EADDRNOTAVAIL
Address not available (POSIX.1-2001).容易被忽視的內核參數
通過 netstat -an 查看到連接 svc 的地址，其中 estab 狀態的連接數，已經到達了可用的隨機端口數量閾值，無法在新建連接了。
最后通過修改了內核參數隨機端口 net.ipv4.ip_local_port_range 端口范圍才得以解決的。
我們可以知道 Linux 的內核定義的隨機端口 32768 ~ 60999，可能在業務設計場景中，比較容易被忽略的，我們都知道，每一個 TCP 連接都是由四元組（源 IP，源端口，目的 IP，目的端口）構成的，只要四元組中其中一個元組發生了變化，就可以創建一個 TCP 連接的。當一個 POD 要訪問一個固定的目的 IP + 目的端口的時候，那么每一個 TCP 連接的變量就只剩下源端口是隨機的了，所以如果在需求就是需要創建大量長連接的話，要么就調大內核隨機端口，要么就調整業務。
相關內核參考連接：[ip-sysctl.txt[2]]
ip_local_port_range - 2 INTEGERS
Defines the local port range that is used by TCP and UDP to
choose the local port. The first number is the first, the
second the last local port number.
If possible, it is better these numbers have different parity
(one even and one odd value).
Must be greater than or equal to ip_unprivileged_port_start.
The default values are 32768 and 60999 respectively.同樣的問題還可能出現什么類型的報錯呢？
手動調小了 net.ipv4.ip_local_port_range，之后進行復現。
同樣的問題，分別嘗試了 curl，nc，wget 命令，報錯都不一樣，這就犯難了。
難道就不能統一一下嗎？
- curl: (7) Couldn't connect to server
- nc: bind: Address in use
- wget: can't connect to remote host (1.1.1.1): Address not available
那么就通過 strace 命令進程分析一下看看，跟蹤指定系統調用名稱 它們都會創建 socket()， 然后發現 wget/curl 命令是通過 connect() 函數，而 nc 命令先是是通過 bind() 函數調用， 如果報錯就不會繼續調用 connect() 函數了。
如圖，通過對 B/S 架構的分析如下，connect() 是在客戶端創建 socket 后建立的。
引發思考
為什么 wget/curl 同樣調用的是 connect() 函數報錯的，為何報錯還是不一樣的?
每一個客戶端程序都會有自定義的 errorcode，在同樣的 connect() 函數報錯后 ，wget 是直接輸出了 POSIX 標準的錯誤定義 Address not available，而 curl 會輸出自己的定義錯誤碼和對應的提示信息 curl: (7) Couldn't connect to server，錯誤代碼是 7，curl 的報錯定義在 lib/strerror.c。
為什么 connect() 函數和 bind() 函數報錯不一樣？
函數不同，錯誤的定義也就不同，從 POSIX 標準的錯誤定義都能找到。
EADDRINUSE
Address already in use (POSIX.1-2001).
EADDRNOTAVAIL
Address not available (POSIX.1-2001).是不是所有情況下都是這樣輸出呢？
那么直接找了一臺 Centos7.9 的系統，安裝 curl 、wget、 nc 等工具，同樣改小端口范圍的情況下會出現如下報錯 Cannot assign requested address，從這里可以得知某些鏡像(alpine、busybox) 里，使用相同的命令工具對相同的情況下報錯會不同。因為這些鏡像里可能為了縮小整個鏡像大小，對于一些基礎命令都會選擇 busybox 工具箱（上面的 wget 和 nc 就來自于 busybox 工具箱里的，參考 busybox 文檔：Busybox Command Help[3]）來使用，所以就造成在問題定位方面困擾了。
Linux 系統中用于包含與錯誤碼相關的定義：/usr/include/asm-generic/errno.h
#define EADDRNOTAVAIL 99 /* Cannot assign requested address */容器環境下，端口配置最佳實踐
1.可修改范圍
理論上來是 0~65535 都能使用， 但是 0~1023 是特權端口，已經預留給一下標準服務，如 HTTP:80，SSH:22 等，只能特權用戶使用，同時也避免未授權的用戶通過流量特征攻擊等所以建議端口調大的話可以將隨機端口范圍限制在 1024-65535 之間。
2.如何正確配置 Pod 源端口
(1) 普通 Pod 源端口修改方法
從 kubernetes 社區得知可以通過安全上下文修改 securityContext[4]，還有可以通過 initContainers 容器給特權模式 mount -o remount rw /proc/sys 的方式修改，此修改方式只會在 pod 的網絡命名空間中生效。
securityContext：
...
securityContext:
sysctls:
- name: net.ipv4.ip_local_port_range
value: 1024 65535initContainers：
initContainers:
- command:
- /bin/sh
- '-c'
- |
sysctl -w net.core.somaxconn=65535
sysctl -w net.ipv4.ip_local_port_range="1024 65535"
securityContext:
privileged: true
...(2) hostnetwork 模式 pod 修改注意事項
1.22+ 集群以上就不建議修改 net.ipv4.ip_local_port_range，因為這會和 ServiceNodePortRange 產生沖突。
Kubernetes 的 ServiceNodePortRange 默認是 30000~32767，Kubernetes 1.22 及以后的版本，去除了 kube-proxy 監聽 NodePort 的邏輯，如果有監聽的話，應用程序在選用隨機端口的時候，會避開這些監聽中的端口。如果 net.ipv4.ip_local_port_range 的范圍和 ServiceNodePortRange 存在重疊，由于去掉了監聽 NodePort 的邏輯，應用程序在選用隨機端口的時候就可能選中重疊部分，比如 30000~32767，在當 NodePort 與內核 net.ipv4.ip_local_port_range 范圍有沖突的情況下，可能會導致偶發的 TCP 無法連接的情況，可能導致健康檢查失敗、業務訪問異常等問題。更多信息，請參見 Kubernetes 社區 PR[5]。
大量創建 svc 的時候減少創建監聽的步驟只是提交 ipvs/iptables 規則，這樣可以優化連接性能 。另一個就解決某些場景下出現大量的 CLOSE_WAIT 占用 TCP 連接等問題。在 1.22 版本之后就去掉了 PortOpener 邏輯。
kubernetes/pkg/proxy/iptables/proxier.go
Line 1304 in f98f27b[6]
1304 proxier.openPort(lp, replacementPortsMap)
具體是如何沖突的呢？
測試環境是 k8s 1.22.10，kube-proxy 網絡模式 ipvs。以 kubelet 健康檢查為例，調整了節點的內核參數 net.ipv4.ip_local_port_range 為1 024~65535。
部署 tcpdump 抓包，抓到有健康檢查失敗的事件后，停止抓包。
看到 kubelet 是用節點 IP(192.168.66.27)+隨機端口 32582 向 pod 發起了 TCP 握手 podIP(192.168.66.65)+80，但是 pod 在 TCP 握手時回 SYN ACK 給 kubelet 的時候，目標端口是 32582，卻一直在重傳。因為這個隨機端口剛好是某一個服務的nodeport，所以優先被 IPVS 攔截給規則后端的服務，但這個后端服務 (192.168.66.9) 并沒有發起和 podIP(192.168.66.65)TCP 建連，所以后端服務 (192.168.66.9) 直接是丟棄的。那么 kubelet 就不會收到 SYN ACK 回應，TCP 無法建聯，所以導致健康檢查失敗。
這個報文看 kubelet 發起 TCP 握手，pod 回 syn ack 的時候一直重傳。
實際是發送到了 32582 這個 svc 的后端 pod 了，直接是丟棄。
3.增加前置判斷
所以 hostnework 可以加上一個判斷，通過 initContainers 容器修改的時候，如果 podIP 和 hostIP 不相等才修改 net.ipv4.ip_local_port_range 參數，避免誤操作導致修改節點的內核參數。
initContainers:
- command:
- /bin/sh
- '-c'
- |
if [ "$POD_IP" != "$HOST_IP" ]; then
mount -o remount rw /proc/sys
sysctl -w net.ipv4.ip_local_port_range="1024 65535"
fi
env:
- name: POD_IP
valueFrom:
fieldRef:
apiVersion: v1
fieldPath: status.podIP
- name: HOST_IP
valueFrom:
fieldRef:
apiVersion: v1
fieldPath: status.hostIP
securityContext:
privileged: true
...4.如何正確配置 NodePort 范圍
在 Kubernetes中，APIServer 提供了 ServiceNodePortRange 參數（命令行參數 --service-node-port-range），該參數是用于限制 NodePort 或 LoadBalancer 類型的 Service 在節點上所監聽的 NodePort 端口范圍，該參數默認值為 30000~32767。在 ACK Pro 集群中，您可以通過自定義 Pro 集群的管控面參數修改該端口范圍。具體操作，請參見自定義 ACK Pro 集群的管控面參數[7]。
在修改 NodePort 端口范圍時必須十分謹慎。務必保證 NodePort 端口范圍與集群節點上 Linux 內核提供的 net.ipv4.ip_local_port_range 參數中的端口范圍不沖突。該內核參數 ip_local_port_range 控制了 Linux 系統上任意應用程序可以使用的本地端口號范圍。ip_local_port_range 的默認值為 32768~60999，Nodeport 默認值為 30000~32767。
ACK 集群在默認配置情況下，ServiceNodePortRange 參數和 ip_local_port_range 參數不會產生沖突。如果您此前為了提升端口數量限制調整了這兩個參數中任意一個，導致兩者范圍出現重合，則可能會產生節點上的偶發網絡異常，嚴重時會導致業務健康檢查失敗、集群節點離線等。建議您恢復默認值或同時調整兩個端口范圍到完全不重合。
調整端口范圍后，集群中可能存在部分 NodePort 或 LoadBalancer 類型的 Service 仍在使用 ip_local_port_range 參數端口范圍內的端口作為 NodePort。此時您需要對這部分 Service 進行重新配置以避免沖突，可通過 kubectl edit <service-name> 的方式直接將 spec.ports.nodePort 字段的值更改為未被占用的 NodePort。
相關鏈接：
- [1] errno.3：https://man7.org/linux/man-pages/man3/errno.3.html
- [2] ip-sysctl.txt：https://www.kernel.org/doc/Documentation/networking/ip-sysctl.txt
- [3] Busybox Command Help：https://www.busybox.net/downloads/BusyBox.html
- [4] securityContext：https://kubernetes.io/docs/tasks/administer-cluster/sysctl-cluster/
- [5] Kubernetes社區PR：https://github.com/kubernetes/kubernetes/pull/108888
- [6] f98f27b：https://github.com/kubernetes/kubernetes/blob/f98f27bc2f318add77118906f7595abab7ab5200/pkg/proxy/iptables/proxier.go#L1304
- [7] 自定義ACK Pro集群的管控面參數：https://help.aliyun.com/zh/ack/ack-managed-and-ack-dedicated/user-guide/customize-ack-pro-control-plane-component-parameters
