Container Runtime Interface (CRI)

容器运行时插件（Container Runtime Interface，简称 CRI）是 Kubernetes v1.5 引入的容器运行时接口，它将 Kubelet 与容器运行时解耦，将原来完全面向 Pod 级别的内部接口拆分成面向 Sandbox 和 Container 的 gRPC 接口，并将镜像管理和容器管理分离到不同的服务。

CRI 最早从从 1.4 版就开始设计讨论和开发，在 v1.5 中发布第一个测试版。在 v1.6 时已经有了很多外部容器运行时，如 frakti 和 cri-o 等。v1.7 中又新增了 cri-containerd 支持用 Containerd 来管理容器。

采用 CRI 后，Kubelet 的架构如下图所示：

CRI 接口

CRI 基于 gRPC 定义了 RuntimeService 和 ImageService 等两个 gRPC 服务，分别用于容器运行时和镜像的管理。其定义在

• v1.14 以以上：https://github.com/kubernetes/cri-api/tree/master/pkg/apis/runtime
• v1.10-v1.13: pkg/kubelet/apis/cri/runtime/v1alpha2
• v1.7-v1.9: pkg/kubelet/apis/cri/v1alpha1/runtime
• v1.6: pkg/kubelet/api/v1alpha1/runtime

Kubelet 作为 CRI 的客户端，而容器运行时则需要实现 CRI 的服务端（即 gRPC server，通常称为 CRI shim）。容器运行时在启动 gRPC server 时需要监听在本地的 Unix Socket （Windows 使用 tcp 格式）。

开发 CRI 容器运行时

开发新的容器运行时只需要实现 CRI 的 gRPC Server，包括 RuntimeService 和 ImageService。该 gRPC Server 需要监听在本地的 unix socket（Linux 支持 unix socket 格式，Windows 支持 tcp 格式）。

一个简单的示例为

import (
    // Import essential packages
    "google.golang.org/grpc"
    runtime "k8s.io/kubernetes/pkg/kubelet/apis/cri/runtime/v1alpha2"
)

// Serivice implements runtime.ImageService and runtime.RuntimeService.
type Service struct {
    ...
}

func main() {
    service := &Service{}
    s := grpc.NewServer(grpc.MaxRecvMsgSize(maxMsgSize),
        grpc.MaxSendMsgSize(maxMsgSize))
    runtime.RegisterRuntimeServiceServer(s, service)
    runtime.RegisterImageServiceServer(s, service)
    lis, err := net.Listen("unix", "/var/run/runtime.sock")
    if err != nil {
        logrus.Fatalf("Failed to create listener: %v", err)
    }
    go s.Serve(lis)

    // Other codes
}

对于 Streaming API（Exec、PortForward 和 Attach），CRI 要求容器运行时返回一个 streaming server 的 URL 以便 Kubelet 重定向 API Server 发送过来的请求。在 v1.10 及更早版本中，容器运行时必需返回一个 API Server 可直接访问的 URL（通常跟 Kubelet 使用相同的监听地址）；而从 v1.11 开始，Kubelet 新增了 --redirect-container-streaming（默认为 false），默认不再转发而是代理 Streaming 请求，这样运行时可以返回一个 localhost 的 URL（当然也不再需要配置 TLS）。

详细的实现方法可以参考 dockershim 或者 cri-o。

Kubelet 配置

在启动 kubelet 时传入容器运行时监听的 Unix Socket 文件路径，比如

kubelet --container-runtime=remote --container-runtime-endpoint=unix:///var/run/runtime.sock --image-service-endpoint=unix:///var/run/runtime.sock

容器运行时

目前基于 CRI 容器引擎已经比较丰富了，包括

• Docker: 核心代码依然保留在 kubelet 内部（pkg/kubelet/dockershim），是最稳定和特性支持最好的运行时
• OCI 容器运行时：
  • 社区有两个实现
    • Containerd，支持 kubernetes v1.7+
    • CRI-O，支持 Kubernetes v1.6+
  • 支持的 OCI 容器引擎包括
    • runc：OCI 标准容器引擎
    • gVisor：谷歌开源的基于用户空间内核的沙箱容器引擎
    • Clear Containers：Intel 开源的基于虚拟化的容器引擎
    • Kata Containers：基于虚拟化的容器引擎，由 Clear Containers 和 runV 合并而来
• PouchContainer：阿里巴巴开源的胖容器引擎
• Frakti：支持 Kubernetes v1.6+，提供基于 hypervisor 和 docker 的混合运行时，适用于运行非可信应用，如多租户和 NFV 等场景
• Rktlet：支持 rkt 容器引擎（rknetes 代码已在 v1.10 中弃用）
• Virtlet：Mirantis 开源的虚拟机容器引擎，直接管理 libvirt 虚拟机，镜像须是 qcow2 格式
• Infranetes：直接管理 IaaS 平台虚拟机，如 GCE、AWS 等

Containerd

以 Containerd 为例，在 1.0 及以前版本将 dockershim 和 docker daemon 替换为 cri-containerd + containerd，而在 1.1 版本直接将 cri-containerd 内置在 Containerd 中，简化为一个 CRI 插件。

Containerd 内置的 CRI 插件实现了 Kubelet CRI 接口中的 Image Service 和 Runtime Service，通过内部接口管理容器和镜像，并通过 CNI 插件给 Pod 配置网络。

RuntimeClass

RuntimeClass 是 v1.12 引入的新 API 对象，用来支持多容器运行时，比如

• Kata Containers/gVisor + runc
• Windows Process isolation + Hyper-V isolation containers

RuntimeClass 表示一个运行时对象，在使用前需要开启特性开关 RuntimeClass，并创建 RuntimeClass CRD：

kubectl apply -f https://github.com/kubernetes/kubernetes/tree/master/cluster/addons/runtimeclass/runtimeclass_crd.yaml

然后就可以定义 RuntimeClass 对象

apiVersion: node.k8s.io/v1alpha1  # RuntimeClass is defined in the node.k8s.io API group
kind: RuntimeClass
metadata:
  name: myclass  # The name the RuntimeClass will be referenced by
  # RuntimeClass is a non-namespaced resource
spec:
  runtimeHandler: myconfiguration  # The name of the corresponding CRI configuration

而在 Pod 中定义使用哪个 RuntimeClass：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: mypod
spec:
  runtimeClassName: myclass
  # ...

参考文档

• Runtime Class Documentation
• Sandbox Isolation Level Decision