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面向云原生的混沌工程工具-ChaosBlade

面向云原生的混沌工程工具-ChaosBlade

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作者 | 肖长军（穹谷）阿里云智能事业群技术专家  

导读：随着云原生系统的演进，如何保障系统的稳定性受到很大的挑战，混沌工程通过反脆弱思想，对系统注入故障，提前发现系统问题，提升系统的容错能力。ChaosBlade 工具可以通过声明式配置执行混沌实验，简单高效。本文将会重点介绍 ChaosBlade 以及云原生相关的实验场景实践。

ChaosBlade 介绍

ChaosBlade 是阿里巴巴开源的一款遵循混沌实验模型的混沌实验执行工具，具有场景丰富度高、简单易用等特点，而且可以很方便的扩展实验场景，开源后不久就被加入到 CNCF Landspace 中，成为主流的一款混沌工具。

实验场景

目前支持的实验场景如下：

  • 基础资源场景：CPU 负载、内存占用、磁盘 IO 负载、磁盘占用、网络延迟、网络丢包、网络屏蔽、域名不可访问、shell 脚本篡改、杀进程、进程 Hang、机器重启等；

  • 应用服务场景：支持 Java 应用和 C++ 应用内的实验场景。Java 的场景组件丰富，例如支持 Dubbo、RocketMQ、HttpClient、Servlet、Druid等，而且支持编写 Java 或 Groovy 脚本实现复杂的实验场景；

  • 容器服务场景：支持 Kubernetes 和 Docker 服务，包含 node、pod 和 container 三种资源的实验场景，例如 Pod 网络延迟、丢包等。

混沌实验模型

面向云原生的混沌工程工具-ChaosBlade

以上所有的实验场景都遵循混沌实验模型，此模型共分为四层，包含：

  • Target：实验靶点。指实验发生的组件，如容器、应用框架（Dubbo、redis）等；
  • Scope：实验实施的范围。指具体触发实验的机器或者集群等；
  • Matcher：实验规则匹配器。根据所配置的 Target，定义相关的实验匹配规则，可以配置多个。由于每个 Target 可能有各自特殊的匹配条件，比如 RPC 领域的 Dubbo，可以根据服务提供者提供的服务和服务消费者调用的服务进行匹配，缓存领域的 Redis，可以根据 set、get 操作进行匹配；
  • Action：指实验模拟的具体场景，Target 不同，实施的场景也不一样，比如磁盘，可以演练磁盘满，磁盘 IO 读写高等。如果是应用，可以抽象出延迟、异常、返回指定值（错误码、大对象等）、参数篡改、重复调用等实验场景。

比如一台 IP 是 10.0.0.1 机器上的应用，调用 com.example.HelloService[@1.0.0 ]() Dubbo 服务延迟 3s，基于此模型可以描述为对 Dubbo 组件（Target）进行实验，实验实施的范围是 10.0.0.1 主机（Scope），调用 com.example.HelloService[@1.0.0 ]() （Matcher）服务延迟 3s（Action），对应的 chaosblade 命令为：

blade create dubbo delay --time 3000 --service com.example.HelloService --version 1.0.0

所以此模型很简单清晰的表达出实验场景，易于理解。下文中的云原生实验场景也基于此模型定义。

面向云原生的实验场景

实现方案

面向云原生的混沌工程工具-ChaosBlade

将混沌实验场景按照上述的实验模型，定义为 Kubernetes 中的资源，并通过自定义控制器来管理，可以通过 Yaml 配置或者直接执行 blade 命令执行。

ChaosBlade Operator 定义了资源控制器，并且会以 daemonset 的方式，在每个节点上部署一个 chaosblade-tool pod 来执行混沌实验。不同的实验场景内部实现方式不同，比如 Node 实验场景，其上面部署的 chaosblade-tool 内部执行即可，而 Container 内的实验场景，控制器会将 chaosblade 包拷贝到目标 Container 中执行。

使用方式

安装必要组件

安装 ChaosBlade Operator，可通过地址下载 chaosblade-operator-0.0.1.tgz，使用以下命令安装:

helm install --namespace kube-system --name chaosblade-operator chaosblade-operator-0.0.1.tgz

安装在 kube-system 命令空间下。ChaosBlade Operator 启动后会在每个节点部署 chaosblade-tool Pod 和一个 chaosblade-operator Pod。可通过以下命令查看安装结果:

kubectl get pod -n kube-system -o wide | grep chaosblade

面向云原生的混沌工程工具-ChaosBlade

执行实验

执行方式有两种：

  • 一种是通过配置 yaml 方式，使用 kubectl 执行；
  • 另一种是直接使用 chaosblade 包中的 blade 命令执行。

下面以指定一台节点，做 CPU 负载 80% 实验举例。

yaml 配置方式

apiVersion: chaosblade.io/v1alpha1
kind: ChaosBlade
metadata:
  name: cpu-load
spec:
  experiments:
  - scope: node
    target: cpu
    action: fullload
    desc: "increase node cpu load by names"
    matchers:
    - name: names
      value:
      - "cn-hangzhou.192.168.0.205"
    - name: cpu-percent
      value:
      - "80"

如上所示，配置好文件后，保存为 chaosblade_cpu_load.yaml，使用以下命令执行实验场景：

kubectl apply -f chaosblade_cpu_load.yaml

可通过以下命令查看每个实验的执行状态：

kubectl get blade cpu-load -o json

查看更多实验场景配置事例。

blade 命令执行方式

下载 chaosblade 工具包，解压即可使用。还是上述例子，使用 blade 命令执行如下：

blade create k8s node-cpu fullload --names cn-hangzhou.192.168.0.205 --cpu-percent 80 --kubeconfig ~/.kube/config

使用 blade 命令执行，会返回实验的执行结果。

修改实验

yaml 配置文件的方式支持场景动态修改，比如将上述的 cpu 负载调整为 60%，则只需将上述 value 的值从 80 改为 60 即可，例如：

apiVersion: chaosblade.io/v1alpha1
kind: ChaosBlade
metadata:
  name: cpu-load
spec:
  experiments:
  - scope: node
    target: cpu
    action: load
    desc: "cpu load"
    flags:
    - name: cpu-percent
      value: "60"
    - name: ip
      value: 192.168.0.34

然后使用 kubeclt apply -f chaosblade_cpu_load.yaml 命令执行更新即可。

停止实验

可以通过以下三种方式停止实验：

根据实验资源名停止

比如上述 cpu-load 场景，可以执行以下命令停止实验：

kubectl delete chaosblade cpu-load

通过 yaml 配置文件停止

指定上述创建好的 yaml 文件进行删除，命令如下：

kubectl delete -f chaosblade_cpu_load.yaml

通过 blade 命令停止

此方式仅限使用 blade 创建的实验，使用以下命令停止：

blade destroy

是执行 blade create 命令返回的结果，如果忘记，可使用 blade status --type create 命令查询。

卸载 chaosblade operator

执行 helm del --purge chaosblade-operator 卸载即可，将会停止全部实验，删除所有创建的资源。

总结

ChaosBlade 基于混沌实验模型，友好地将 Kubernetes 资源控制结合，部署简单而且使用简洁，实验可控。除此之外 ChaosBlade 基于实验模型实现了很多领域场景执行器，可以很方便的扩展实验场景，可详见附录中的项目列表。

社区共建

ChaosBlade 自开源以来，共有近 30 多位贡献者加入和很多企业×××常感谢各位。同时非常欢迎更多的人参与进来，使 ChaosBlade 变的更加强大，覆盖更多的场景，成为各个企业稳定的、通用的混沌工程工具。

贡献的形式可以是提 bug、提交代码、编写文档、补充单元测试、参与问题讨论等等。ChaosBlade 相信：开源世界中，任何帮助都是贡献。

附录

项目列表如下：

  • ChaosBlade CLI（调用入口）
  • ChaosBlade 实验模型定义
  • 基础资源场景执行器
  • Docker 场景执行器
  • Kubernetes 场景执行器
  • Java 应用场景执行器
  • C++ 应用场景执行器

“ 阿里巴巴云×××icloudnative×××erverless、容器、Service Mesh等技术领域、聚焦云原生流行技术趋势、云原生大规模的落地实践，做最懂云原生开发×××


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