开源 CI/CD 构建框架 TekTon 的深入剖析

简介

Tekton 是一个功能强大且灵活的Kubernetes 原生开源框架，用于创建持续集成和交付（CI/CD）系统。关于Tekton， 网上可以搜到很多很多介绍文档，本文主要阐述我对Tekton的实现原理和背后的技术逻辑的一点理解。

Tekton定义了Task, TaskRun, Pipeline, PipelineRun, PipelineResource 五类核心对象。Tekton通过对Task和Pipeline的抽象，我们可以定义出任意组合的pipeline模板来完成各种各样的CICD任务。

通过TaskRun,PipelineRun,PipelineResource可以将这些模板套用到各个实际的项目中。

实现原理

高度抽象的结构化设计使得Tekton具有非常灵活的特性。那么Tekton是如何实现workflow的流转的呢。

Tekton利用Kubernetes的List-Watch机制，在启动时初始化了2个Controller， PipelineRunController和TaskRunController。

PipelineRunController监听PipelineRun对象的变化。在它的reconcile逻辑中，将pipeline中所有的Task构建为一张有向无环图(DAG)，通过遍历DAG找到当前可被调度的Task节点创建对应的TaskRun对象。

TaskRunController监听TaskRun对象的变化。在它的reconcile逻辑中将TaskRun和对应Task转化为可执行的Pod，由kubernetes调度执行。利用Kubernetes的OwnerReference机制，pipelinerun own taskrun, taskrun own pod。pod状态变更时触发taskrun的reconcile逻辑，taskrun状态变更时触发pipelinerun的reconcile逻辑。

DAG支持

Tekton对DAG的支持相对比较简单。在Tekton中一个Pipeline就是一张DAG，Pipeline中的多个Task可是DAG中的节点。Task默认并发执行，可以通过 RunAfter 和 From 关键字控制执行顺序。

示例：

- name: lint-repo
  taskRef:
    name: pylint
  resources:
    inputs:
      - name: workspace
        resource: my-repo
- name: test-app
  taskRef:
    name: make-test
  resources:
    inputs:
      - name: workspace
        resource: my-repo
- name: build-app
  taskRef:
    name: kaniko-build-app
  runAfter:
    - test-app
  resources:
    inputs:
      - name: workspace
        resource: my-repo
    outputs:
      - name: image
        resource: my-app-image
- name: build-frontend
  taskRef:
    name: kaniko-build-frontend
  runAfter:
    - test-app
  resources:
    inputs:
      - name: workspace
        resource: my-repo
    outputs:
      - name: image
        resource: my-frontend-image
- name: deploy-all
  taskRef:
    name: deploy-kubectl
  resources:
    inputs:
      - name: my-app-image
        resource: my-app-image
        from:
          - build-app
      - name: my-frontend-image
        resource: my-frontend-image
        from:
          - build-frontend

渲染出的执行顺序为：

        |            |
        v            v
     test-app    lint-repo
    /        \
   v          v
build-app  build-frontend
   \          /
    v        v
    deploy-all

相比于Argo等专注在workflow的项目而言，Tekton支持的任务编排方式是非常有限的。常见的循环，递归，重试，超时等待等策略都是没有的。

• 条件判断

Tekton支持 condition 关键字来进行条件判断。Condtion只支持判断当前Task是否执行，不能作为DAG的分支条件来进行动态DAG的渲染。

* condition检查失败(exitCode != 0)，task不会被执行，pipelineRun状态不会因为condition检查失败而失败。
* 多个条件之间 “与” 逻辑关系

PipelineResource在Task间数据交换

作为CICD的工具，代码在什么时候Clone到WorkSpace中，如何实现的？Tekton中抽象了PipelineResource进行任务之间的数据交换，GitResource是其中最基础的一种。用法如下。

• 声明一个Git类型的PipelineResource:

kind: PipelineResource
metadata:
  name: skaffold-git-build-push-kaniko
spec:
  type: git
  params:
  - name: revision
    value: v0.32.0
  - name: url
    value: https://github.com/GoogleContainerTools/skaffold

• 在Task中引用这个Resource做为输入：

kind: Task
metadata:
  name: build-push-kaniko
spec:
  inputs:
    resources:
    - name: workspace
      type: git
  steps:
  - name: build-and-push
    image: registry.cn-shanghai.aliyuncs.com/kaniko-project-edas/executor:v0.17.1

• 代码会被clone在/workspace目录。

Tekton是如何处理这些PipelineResource的呢，这就要从Taskrun Controller如何创建Pod说起。

Tekton中一个TaskRun对应一个Pod，每个Pod有一系列init-containers和step-containers组成。init-container中完成认证信息初始化，workspace目录初始化等初始化工作。

在处理step-container时，会根据这个Task引用的资源 Append或者Insert一个step-container来处理对应的输和输出，如下图所示。

Task中Step执行顺序控制

Tekton源自Knative Build，在Knative Build中使用Init-container来串联Steps保证Steps顺序执行，在上面的分析中我们知道Tekton是用Containers来执行Steps，Pod的Containers是并行执行的，Tekton是如何保证Steps执行顺序呢？

这是一个TaskRun创建的Pod的部分描述信息，可以看到所有的Step都是被/tekton/tools/entrypoints封装起来执行的。-wait_file指定一个文件，通过监听文件句柄，在探测到文件存在时执行被封装的Step任务。-post_file指定一个文件，在Step任务完成后创建这个文件。通过文件序列/tekton/tools/${index}来对Step进行排序。

- args:
    - -wait_file
    - /tekton/tools/0
    - -post_file
    - /tekton/tools/1
    - -termination_path
    - /tekton/termination
    - -entrypoint
    - /ko-app/git-init
    - --
    - -url
    - https://github.com/GoogleContainerTools/skaffold
    - -revision
    - v0.32.0
    - -path
    - /workspace/workspace
    command:
    - /tekton/tools/entrypoint
    image: registry.cn-shanghai.aliyuncs.com/kaniko-project-edas/git-init:v0.10.2
    name: step-git-source-skaffold-git-build-push-kaniko-rz765
  - args:
    - -wait_file
    - /tekton/tools/1
    - -post_file
    - /tekton/tools/2
    - -termination_path
    - /tekton/termination
    - -entrypoint
    - /kaniko/executor
    - --
    - --dockerfile=Dockerfile
    - --destination=localhost:5000/leeroy-web
    - --context=/workspace/workspace/examples/microservices/leeroy-web
    - --oci-layout-path=$(inputs.resources.builtImage.path)
    command:
    - /tekton/tools/entrypoint
    image: registry.cn-shanghai.aliyuncs.com/kaniko-project-edas/executor@sha256:565d31516f9bb91763dcf8e23ee161144fd4e27624b257674136c71559ce4493
    name: step-build-and-push
  - args:
    - -wait_file
    - /tekton/tools/2
    - -post_file
    - /tekton/tools/3
    - -termination_path
    - /tekton/termination
    - -entrypoint
    - /ko-app/imagedigestexporter
    - --
    - -images
    - '[{"name":"skaffold-image-leeroy-web-build-push-kaniko","type":"image","url":"localhost:5000/leeroy-web","digest":"","OutputImageDir":"/workspace/output/builtImage"}]'
    command:
    - /tekton/tools/entrypoint
    image: registry.cn-shanghai.aliyuncs.com/kaniko-project-edas/imagedigestexporter:v0.10.2
    name: step-image-digest-exporter-lvlj9
    

实践

使用Tekton构建代码并部署到SAE

Serverless 应用引擎（ SAE ） 是阿里云上一款面向应用的 Serverless PaaS 平台，帮助 PaaS 层用户免运维 IaaS，按需使用，按量计费，实现低门槛微服务应用上云，有效解决成本及效率问题。支持 Spring Cloud、Dubbo 和 HSF 等流行的开发框架，真正实现了 Serverless 架构和微服务架构的完美融合。

接下来将使用Tekton部署一个Spring Cloud微服务应用到SAE平台。

示例中的演示代码地址：https://github.com/alicloud-demo/spring-cloud-demo

前置条件

• 在Kubernetes集群上安装Tekton
• 创建一个SAE应用
• 定义一个Git资源

apiVersion: tekton.dev/v1alpha1
kind: PipelineResource
metadata:
  name: spring-cloud-demo
spec:
  type: git
  params:
  - name: url
    value: https://github.com/alicloud-demo/spring-cloud-demo

• 定义构建和部署Task

根据SAE官方文档进行部署。

apiVersion: tekton.dev/v1alpha1
kind: Task
metadata:
  name: build-deploy-sae
spec:
  inputs:
    resources:
    - name: source
      type: git
  steps:
  - name: build-and-deploy
    image: maven:3.3-jdk-8
    command: ["mvn", "clean", "package", "-f", "source", "toolkit:deploy", "-Dtoolkit_profile=toolkit_profile.yaml", "-Dtoolkit_package=toolkit_package.yaml", "-Dtoolkit_deploy=toolkit_deploy.yaml"]
    securityContext:
      runAsUser: 0

• 定义TaskRun运行任务

apiVersion: tekton.dev/v1alpha1
kind: TaskRun
metadata:
  name: build-deploy-sae
spec:
  taskRef:
    name: build-deploy-sae
  inputs:
    resources:
    - name: source
      resourceRef:
        name: spring-cloud-demo

• 导入到kubernetes中运行

kubectl apply -f source-2-service-taskrun.yaml

• 查看日志

kubectl logs build-deploy-sae-pod-85xdk step-build-and-deploy

部署日志：

[INFO] Start to upload [provider3-1.0-SNAPSHOT.jar] using [Sae uploader].
[INFO] [##################################################] 100.0%
[INFO] Upload finished in 3341 ms, download url: [https://edas-hz.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/apps/K8S_APP_ID/37adb12b-5f0c-4711-98ec-1f1e91e6b043/provider3-1.0-SNAPSHOT.jar]
[INFO] Begin to trace change order: e2499b9a-6a51-4904-819c-1838c1dd62cb
[INFO] PipelineName: Batch: 1, PipelineId:f029314a-88bb-450b-aa35-7cc550ff1329
[INFO] Waiting...
[INFO] Waiting...
[INFO] Waiting...
[INFO] Waiting...
[INFO] Waiting...
[INFO] Waiting...
[INFO] Waiting...
[INFO] Waiting...
[INFO] Deploy application successfully!
[INFO] ------------------------------------------------------------------------
[INFO] BUILD SUCCESS
[INFO] ------------------------------------------------------------------------
[INFO] Total time: 32:41 min
[INFO] Finished at: 2020-04-15T10:09:39+00:00
[INFO] Final Memory: 47M/190M
[INFO] ------------------------------------------------------------------------

总结

区别于传统的CICD工具（Jenkins），Tekton是一套构建CICD系统的框架。Tekton不能使你立即获得CICD的能力。但是基于Tekton可以设计出各种花式的构建部署流水线。得益于Tekton良好的抽象，这些设计出的流水线可以作为模板在多个组织，项目间共享。Tekton源自Knative的Build-Template项目，设计之初的一个重要目标就是使人们能够共享和重用构成pipeline的组件，以及Pipeline本身。在Tekton的RoadMap中Tekton Catelog就是为了实现这一目标而提出的。

区别于Argo这种基于Kubernetes的Workflow工具，Tekton在工作流控制上的支持是比较弱的。一些复杂的场景比如循环，递归等都是不支持的。更不用说Argo在高并发和大集群调度下的性能优化。这和Tekton的定位有关，Tekton定位于实现CICD的框架，对于CICD不需要过于复杂的流程控制。大部分的研发流程可以被若干个最佳实践来覆盖。而这些最佳实践应该也必须可以在不同的组织间共享，为此Tekton设计了PipelineResource的概念。PipelineResource是Task间交互的接口，也是跨平台跨组织共享重用的组件，在PipelineResource上还可以有很多想象空间。