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【Kubernetes】API server 限流 之 maxinflight.go

news 来源：原创 2025/9/12 15:48:09

这个文件实现了一个基于信号量(Channel)的简单限流器。

基础知识

总共有四种channel

  1. 带缓冲的channel
    nonMutatingChan、mutatingChan 都是带缓冲的channel ，这类channel 的特点是：
    这允许最多 mutatingLimit /nonMutatingLimit 个请求同时获取令牌并执行，直到缓冲区满了才会阻塞新的请求。

    对带缓冲 channel 的发送操作在缓冲区未满、接收操作在缓冲区非空的情况下是异步的（发送或接收不需要阻塞等待）。

    但当缓冲区满了的情况下，对它进行发送操作的 Goroutine 就会阻塞挂起；当缓冲区为空的情况下，对它进行接收操作的 Goroutine 也会阻塞挂起。

    本代码中限流通道从创建到服务器关闭始终保持打开状态，因为这些通道用于控制并发请求数量的计数器，需要持续使用。

  2. 不带缓冲的channel

对无缓冲 channel 类型的发送与接收操作，一定要放在两个不同的 Goroutine 中进行，否则会导致 deadlock。

通道类型创建方式主要特点典型使用场景
无缓冲通道make(chan T)同步、阻塞信号通知、精确同步
带缓冲通道make(chan T, size)异步、缓冲限流控制、任务队列
只读通道<-chan T只能接收消费者模式、类型安全
只写通道chan<- T只能发送生产者模式、类型安全
nil 通道var ch chan T阻塞操作条件化通信、禁用分支

Kubernetes 的 maxinflight 限流器选择带缓冲通道作为实现方式，正是利用了其特有的信号量特性、非阻塞操作和容量控制能力。

当 select 语句中没有 default 分支，而且所有 case 中的 channel 操作都阻塞了的时候，整个 select 语句都将被阻塞，直到某一个 case 上的 channel 变成可发送，或者某个 case 上的 channel 变成可接收，select 语句才可以继续进行下去。

Kubernetes API Server maxinflight.go 限流分析

这个文件实现了一个基于信号量(Channel)的简单限流器，主要使用了两种限流通道：

1. 限流分类

var nonMutatingChan chan bool  // 非修改性请求的限流通道
var mutatingChan chan bool     // 修改性请求的限流通道

请求分类

  • 非修改性请求(Non-Mutating)：get、list、watch 操作
  • 修改性请求(Mutating)：create、update、patch、delete 等操作

2. 限流实现机制

核心实现使用了带缓冲的 Channel 作为信号量：

if nonMutatingLimit != 0 {nonMutatingChan = make(chan bool, nonMutatingLimit)  // 非修改性请求限流器
}
if mutatingLimit != 0 {mutatingChan = make(chan bool, mutatingLimit)        // 修改性请求限流器
}

限流处理流程

  1. 请求到达时：
select {
case c <- true:  // 尝试获取令牌// 处理请求defer func() {<-c    // 释放令牌}()handler.ServeHTTP(w, r)
default:// 获取不到令牌时返回 429 Too Many RequeststooManyRequests(r, w, retryAfter)
}

这里的select 实现了快速失败策略，所有的请求，要么被处理，要么直接扔到default中。 实现了非阻塞并发
2. 特权用户处理：

// 系统管理员(system:master)不受限流影响
if currUser, ok := apirequest.UserFrom(ctx); ok {for _, group := range currUser.GetGroups() {if group == user.SystemPrivilegedGroup {handler.ServeHTTP(w, r)return}}
}

3. 监控指标

使用 watermark 记录并发请求数：

type requestWatermark struct {phase                                stringreadOnlyObserver, mutatingObserver   fcmetrics.RatioedGaugereadOnlyWatermark, mutatingWatermark intlock                                 sync.Mutex
}

指标更新

  • 定期更新 inflight 使用指标
  • 记录最大并发数
  • 分别统计读写请求

4. 特点总结

  1. 简单高效

    • 使用 Channel 实现，开销小
    • 无需复杂的算法

  2. 区分请求类型

    • 读写请求分开限流
    • 更细粒度的控制

  3. 特权用户豁免

    • 系统管理员不受限
    • 确保关键操作可执行

  4. 监控完善

    • 记录限流指标
    • 支持监控告警

  5. 无时间窗口

    • 不同于令牌桶等算法
    • 纯并发数控制

这是一个轻量级但有效的限流方案，适合 API Server 的需求。

Kubernetes API Server 中的两种限流通道分析

Kubernetes API Server 在 maxinflight.go 文件中实现了两种不同的限流通道，分别用于处理不同类型的请求：

1. 非修改性请求限流通道 (nonMutatingChan)

var nonMutatingChan chan bool
if nonMutatingLimit != 0 {nonMutatingChan = make(chan bool, nonMutatingLimit)klog.V(2).InfoS("Initialized nonMutatingChan", "len", nonMutatingLimit)
}
  • 处理的请求类型：get、list、watch 等读取操作
  • 判断依据：nonMutatingRequestVerbs.Has(requestInfo.Verb)
  • 目的：限制并发读取操作的数量

2. 修改性请求限流通道 (mutatingChan)

var mutatingChan chan bool
if mutatingLimit != 0 {mutatingChan = make(chan bool, mutatingLimit)klog.V(2).InfoS("Initialized mutatingChan", "len", mutatingLimit)
}
  • 处理的请求类型：create、update、delete、patch 等写入操作
  • 判断依据：!nonMutatingRequestVerbs.Has(requestInfo.Verb)
  • 目的：限制并发写入操作的数量

主要区别

  1. 目标请求不同

    • nonMutatingChan 针对读操作
    • mutatingChan 针对写操作

  2. 资源消耗的差异

    • 写操作通常消耗更多资源，可能会修改集群状态
    • 读操作相对轻量，但数量可能更大

  3. 限流阈值不同

    • API Server 配置中可以为这两种通道设置不同的限流阈值
    • 通常写操作的限流阈值会低于读操作

  4. 监控指标分离

    • 代码中对两种请求的监控也是分开的：
      watermark.recordMutating(len(c))
watermark.recordReadOnly(len(c))

  5. 限流效果的差异

    • 当读请求过多时，只会拒绝新的读请求，写请求不受影响
    • 当写请求过多时，只会拒绝新的写请求，读请求不受影响

实现原理

两种通道的底层实现方式相同，都是使用带缓冲的 channel 作为信号量：

select {
case c <- true:  // 尝试获取令牌// 处理请求并记录指标defer func() {<-c  // 释放令牌}()handler.ServeHTTP(w, r)
default:// 无法获取令牌，返回 429 Too Many RequeststooManyRequests(r, w, retryAfter)
}

这种区分读写请求的限流设计，使 Kubernetes API Server 能够在高负载情况下更有效地分配资源，确保系统的稳定性和可用性。

限流参数 nonMutatingLimit 、mutatingLimit 意义：

这段代码：

if nonMutatingLimit == 0 && mutatingLimit == 0 {return handler
}

意思解释

这是一个前置检查，用于判断是否需要启用限流功能：

  • 如果 nonMutatingLimit 和 mutatingLimit 都为 0，表示不需要对任何类型的请求进行限流
  • 在这种情况下，函数直接返回原始的 handler，不添加任何限流逻辑
  • 相当于完全跳过限流处理，请求会直接传递给下一个处理器

为什么需要这个检查

  1. 性能优化

    • 如果不需要限流，避免创建不必要的通道和记录指标的开销
    • 减少请求处理的额外层级，提高性能

  2. 功能开关

    • 提供一种方式完全禁用限流功能
    • 管理员可以通过配置参数控制是否启用限流

  3. 兼容性

    • 允许那些不需要限流的环境（如小型开发集群）简化配置
    • 保持与低资源环境的兼容性

实际应用

在 Kubernetes API Server 配置中，可以通过这些参数控制限流：

apiServer:maxRequestsInflight: 400          # nonMutatingLimit 参数maxMutatingRequestsInflight: 200  # mutatingLimit 参数

如果将这两个值都设为 0，API Server 将不会对任何请求进行并发限制，可能适用于：

  • 开发/测试环境
  • 低负载集群
  • 有外部限流机制的环境

这提供了一个简单的开关，使管理员能够灵活控制是否启用 API Server 的内置限流功能。

基于"通过通信共享内存"原则分析maxinflight.go

从Go语言的设计哲学"不要通过共享内存来通信，而要通过通信来共享内存"(Don’t communicate by sharing memory; share memory by communicating)来看，maxinflight.go有几个违背此原则的地方：

违背原则的地方

1. 共享状态管理方式

// 使用互斥锁保护共享状态
type requestWatermark struct {phase                                stringreadOnlyObserver, mutatingObserver   fcmetrics.RatioedGaugelock                                 sync.Mutex  // 互斥锁readOnlyWatermark, mutatingWatermark int
}// 全局共享变量
var watermark = &requestWatermark{phase: metrics.ExecutingPhase,
}

这里使用了传统的"共享内存+锁"的并发控制模式，而不是Go推荐的基于通道的模式。

2. 记录指标的方法

func (w *requestWatermark) recordMutating(mutatingVal int) {w.mutatingObserver.Set(float64(mutatingVal))w.lock.Lock()defer w.lock.Unlock()if w.mutatingWatermark < mutatingVal {w.mutatingWatermark = mutatingVal}
}

这里直接修改共享状态，而不是通过消息传递。

3. 周期性更新指标

go wait.Until(func() {watermark.lock.Lock()readOnlyWatermark := watermark.readOnlyWatermarkmutatingWatermark := watermark.mutatingWatermarkwatermark.readOnlyWatermark = 0watermark.mutatingWatermark = 0watermark.lock.Unlock()metrics.UpdateInflightRequestMetrics(watermark.phase, readOnlyWatermark, mutatingWatermark)
}, inflightUsageMetricUpdatePeriod, stopCh)

使用锁直接访问和修改共享状态，而不是使用通道接收信息。

符合Go哲学的重构方案

根据"通过通信共享内存"的原则，可以这样重构：

// 定义度量指标更新消息
type MetricUpdate struct {ReadOnly intMutating int
}// 创建通道
var metricCh = make(chan MetricUpdate)
var readOnlyMetricCh = make(chan int)
var mutatingMetricCh = make(chan int)// 启动指标收集器goroutine
func startMetricCollector(stopCh <-chan struct{}) {readOnlyMax := 0mutatingMax := 0// 定期更新指标ticker := time.NewTicker(inflightUsageMetricUpdatePeriod)defer ticker.Stop()for {select {case val := <-readOnlyMetricCh:if val > readOnlyMax {readOnlyMax = val}case val := <-mutatingMetricCh:if val > mutatingMax {mutatingMax = val}case <-ticker.C:// 更新并重置最大值metrics.UpdateInflightRequestMetrics(metrics.ExecutingPhase, readOnlyMax, mutatingMax)readOnlyMax = 0mutatingMax = 0case <-stopCh:return}}
}// 记录指标的新函数
func recordReadOnly(val int) {select {case readOnlyMetricCh <- val:// 成功发送default:// 通道已满，丢弃}
}func recordMutating(val int) {select {case mutatingMetricCh <- val:// 成功发送default:// 通道已满，丢弃  }
}

为什么现有实现没有使用通道模式

尽管代码违背了Go的设计哲学，但有几个可能的原因：

  1. 历史兼容性：可能是从早期版本演化而来，完全重构成本高

  2. 性能考虑：在高频调用的代码路径上，锁可能比通道有更低的开销

  3. 简单直接：对于简单的计数器场景，锁实现可能更直观

  4. 限流部分确实用了通道：

    nonMutatingChan = make(chan bool, nonMutatingLimit)
mutatingChan = make(chan bool, mutatingLimit)

    这部分确实体现了Go的设计哲学，使用通道的缓冲区容量来限制并发请求数

总结

maxinflight.go中的代码部分遵循了Go的设计哲学（使用通道进行限流），但指标收集部分仍然采用了传统的"共享内存+锁"模式。一个更符合Go哲学的实现应该将指标收集也改为基于通道的模式，消除所有对共享内存的直接访问和修改。

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编程日记 2025/9/12 15:05:05

《Python实战进阶》No 7: 一个AI大模型聊天室的构建-基于WebSocket 实时通信开发实战

第7集&#xff1a; 一个AI大模型聊天室的构建-基于WebSocket 实时通信开发实战 在现代 Web 开发中&#xff0c;实时通信已经成为许多应用的核心需求。无论是聊天应用、股票行情推送&#xff0c;还是多人协作工具&#xff0c;WebSocket 都是实现高效实时通信的最佳选择之一。本…...

编程日记 2025/9/12 11:14:26

五、数据库索引详解：作用、原理与使用指南

数据库索引详解&#xff1a;作用、原理与使用指南 一、索引的作用&#xff08;为什么需要索引&#xff1f;&#xff09; 1. 生活中的类比 想象你要在一本 500 页的书中快速找到「数据库索引」相关内容&#xff1a; 没有目录&#xff1a;需要逐页翻找 → 全表扫描有目录&…...

编程日记 2025/9/12 15:09:48

如果使用MODBUS通用类进行通信

1. 初始化串口 在使用 ModbusRTU 类之前&#xff0c;需要先初始化串口。以下是一个示例代码&#xff1a; cpp复制 // 初始化 ModbusRTU 对象 ModbusRTU modbus;// 配置串口参数 modbus.initializePort("COM5", 115200); // 使用 COM5 和波特率 115200 modbus.setD…...

编程日记 2025/9/12 15:09:26

osgEarth安装总结

第一步&#xff1a;安装OSG 直接通过git下载源码&#xff0c;使用cmake进行编译&#xff0c; git clone --depth 1 https://github.com/openscenegraph/OpenSceneGraph.git mkdir build cd build cmake .. make sudo make isntall编译过程中缺什么库&#xff0c;就安装什么库 …...

编程日记 2025/9/12 1:17:02

自动化测试无法启动(java.net.SocketException)

在运行测试代码,对浏览器进行自动化操作时,遇到了以下问题,添加依赖,编写了测试代码,但是程序无法运行 这个有两种原因(我使用的是谷歌浏览器): 网络问题: 因为需要从GitHub上下载对应包,所以有时候可能会出现网络问题,这个时候可以打开VPN之后,重新对程序进行启动 浏览器版本…...

编程日记 2025/9/9 4:24:01

MOM成功实施分享（七）电力电容制造MOM工艺分析与解决方案（第一部分）

声明&#xff1a;文章仅用于交流学习&#xff0c;不用于商业项目实施&#xff0c;图片来源于网络&#xff0c;如有侵犯权利&#xff0c;请联系作者及时删除。 本方案旨在对电力电容&#xff08;PEC和PQM型号&#xff09;制造工艺深度分析&#xff0c;结合管理要求设计MOM相关功…...

编程日记 2025/9/5 18:35:31

如何查看react的版本号

方法一&#xff1a;通过 package.json 查看&#xff08;静态查看&#xff09; 打开项目根目录下的 package.json 文件在 dependencies 或 devDependencies 字段中查找 react 和 react-dom 的版本号&#xff1a;{"dependencies": {"react": "^18.2.0&…...

编程日记 2025/9/7 19:49:50

STM32呼吸灯实验手册（TIM定时器）

一、实验目标 使用TIM定时器的PWM模式控制LED亮度实现LED渐亮渐灭的呼吸灯效果掌握HAL库的TIM配置方法 二、硬件准备 开发板&#xff1a;STM32F103C8T6LED模块&#xff1a;LED串联220Ω电阻两组USB-TTL调试器硬件连接 三、软件配置&#xff08;STM32CubeMX&#xff09; 打开…...

编程日记 2025/9/8 0:55:27

Element-Plus，使用 El-form中 的 scroll-to-error 没有效果问题记录

因业务需要表单组件中嵌套着表格列表&#xff0c;内容比较多&#xff1b; 所以需要表单校验不通过时&#xff0c;自动定位到不通过的节点&#xff1b; 但发现这个像是没有起到效果一样&#xff0c;后面就是排查的思路了&#xff1a; 容器高度问题&#xff1a;如果表单容器的高度…...

编程日记 2025/9/8 5:54:38

探究高空视频全景AR技术的实现原理

1. 引言 笔者认为现阶段AR技术的应用是还是比较坑爹的&#xff0c;大都是噱头多但是实用的成分少&#xff0c;拿出来做做DEMO是可以&#xff0c;但是难以在实际的项目中落地产生实际的经济价值。一方面是很难在业务上难以找到合适的应用场景&#xff08;可能管线相关的项目算一…...

编程日记 2025/9/11 21:47:42

大连指令数据集的创建--数据收集与预处理_02

1.去哪儿爬虫 编程语言&#xff1a;Python爬虫框架&#xff1a;Selenium&#xff08;用于浏览器自动化&#xff09;解析库&#xff1a;BeautifulSoup&#xff08;用于解析HTML&#xff09; 2.爬虫策略 目标网站&#xff1a;去哪儿&#xff08;https://travel.qunar.com/trav…...

编程日记 2025/9/6 21:29:15

SOME/IP-SD -- 协议英文原文讲解5

前言 SOME/IP协议越来越多的用于汽车电子行业中&#xff0c;关于协议详细完全的中文资料却没有&#xff0c;所以我将结合工作经验并对照英文原版协议做一系列的文章。基本分三大块&#xff1a; 1. SOME/IP协议讲解 2. SOME/IP-SD协议讲解 3. python/C举例调试讲解 5.1.2.5 S…...

编程日记 2025/8/28 10:56:24