Django实现WebSSH操作Kubernetes Pod

优秀的系统都是根据反馈逐渐完善出来的

上篇文章介绍了我们为了应对安全和多分支频繁测试的问题而开发了一套Alodi系统，Alodi可以通过一个按钮快速构建一套测试环境，生成一个临时访问地址，详细信息可以看这一篇文章：Alodi：为了保密我开发了一个系统

系统上线后，SSH登陆控制台成了一个迫切的需求，Kubernetes的Dashboard控制台虽然有WebSSH的功能，但却没办法跟Alodi系统相结合，决定在Alodi中集成WebSSH的功能，先来看看最后实现的效果吧

涉及技术

Kubernetes Stream：接收数据执行，提供实时返回数据流
Django Channels：维持长连接，接收前端数据转给Kubernetes，同时将Kubernetes返回的数据发送给前端
xterm.js：一个前端终端组件，用于模拟Terminal的界面显示

基本的数据流向是：用户 --> xterm.js --> django channels --> kubernetes stream，接下来看看具体的代码实现

Kubernetes Stream

Kubernetes本身提供了stream方法来实现exec的功能，返回的就是一个WebSocket可以使用的数据流，使用起来也非常方便，代码如下：

from kubernetes import client, config
from kubernetes.stream import stream

class KubeApi:
    def __init__(self, namespace='alodi'):
        config.load_kube_config("/ops/coffee/kubeconfig.yaml")

        self.namespace = namespace

    def pod_exec(self, pod, container=""):
        api_instance = client.CoreV1Api()

        exec_command = [
            "/bin/sh",
            "-c",
            'TERM=xterm-256color; export TERM; [ -x /bin/bash ] '
            '&& ([ -x /usr/bin/script ] '
            '&& /usr/bin/script -q -c "/bin/bash" /dev/null || exec /bin/bash) '
            '|| exec /bin/sh']

        cont_stream = stream(api_instance.connect_get_namespaced_pod_exec,
                             name=pod,
                             namespace=self.namespace,
                             container=container,
                             command=exec_command,
                             stderr=True, stdin=True,
                             stdout=True, tty=True,
                             _preload_content=False
                             )

        return cont_stream

这里的pod name可以通过list_namespaced_pod方法获取，代码如下：

def get_deployment_pod(self, RAND):
    api_instance = client.CoreV1Api()

    try:
        r = api_instance.list_namespaced_pod(
            namespace=self.namespace,
            label_selector="app=%s" % RAND
        )

        return True, r
    except Exception as e:
        return False, 'Get Deployment: ' + str(e)

state, data = self.get_deployment_pod(RAND)
pod_name = data.items[0].metadata.name

list_namespaced_pod会列出namespace下所有pod的详细信息，这里传了两个参数，第一个namespace是必须的，表示我们要列出pod的namespace，第二个label_selector非必须，表示可以通过设置的标签过滤namespace下的pod，由于我们在创建的时候给每个deployment都添加了唯一的app=RAND的标签，所以这里可以过滤出来我们项目所对应的pod

一个deployment可能对应多个pod，获取到的data.items包含了所有的pod信息，为一个list列表，可根据需要取到对应pod的name

Django Channels

之前有两篇文章详细介绍过Django Channels，不了解的可以先查看：Django使用Channels实现WebSocket--上篇和Django使用Channels实现WebSocket--下篇，最重要的两部分代码如下

routing代码：

from channels.auth import AuthMiddlewareStack
from channels.routing import ProtocolTypeRouter, URLRouter

from django.urls import path, re_path
from medivh.consumers import SSHConsumer

application = ProtocolTypeRouter({
    'websocket': AuthMiddlewareStack(
        URLRouter([
            re_path(r'^pod/(?P<name>\w+)', SSHConsumer),
        ])
    ),
})

正则匹配所有以pod开头的websocket连接，都交由名为SSHConsumer的Consumer处理，Consumer代码如下：

from channels.generic.websocket import WebsocketConsumer
from medivh.backends.kube import KubeApi
from threading import Thread

class K8SStreamThread(Thread):
    def __init__(self, websocket, container_stream):
        Thread.__init__(self)
        self.websocket = websocket
        self.stream = container_stream

    def run(self):
        while self.stream.is_open():
            if self.stream.peek_stdout():
                stdout = self.stream.read_stdout()
                self.websocket.send(stdout)

            if self.stream.peek_stderr():
                stderr = self.stream.read_stderr()
                self.websocket.send(stderr)
        else:
            self.websocket.close()

class SSHConsumer(WebsocketConsumer):
    def connect(self):
        self.name = self.scope["url_route"]["kwargs"]["name"]

        # kube exec
        self.stream = KubeApi().pod_exec(self.name)
        kub_stream = K8SStreamThread(self, self.stream)
        kub_stream.start()

        self.accept()

    def disconnect(self, close_code):
        self.stream.write_stdin('exit\r')

    def receive(self, text_data):
        self.stream.write_stdin(text_data)

WebSSH可以看作是一个最简单的websocket长连接，每个连接建立后都是独立的，不会跟其他连接共享数据，所以这里不需要用到Group

当连接建立时通过self.scope获取到url中的name，传给Kubernetes API，同时会新起一个线程不断循环是否有新数据产生，如果有则发送给websocket

当websocket接收到数据就直接写入Kubernetes API，当websocket关闭则会发送个exit命令给Kubernetes

前端页面

前端主要用到了xterm.js，整体代码也比较简单

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
  <meta charset="utf-8">
  <title>Alodi | Pod Web SSH</title>
  <link rel="Shortcut Icon" href="/static/img/favicon.ico">

  <link href="/static/plugins/xterm/xterm.css" rel="stylesheet" type="text/css"/>
  <link href="/static/plugins/xterm/addons/fullscreen/fullscreen.css" rel="stylesheet" type="text/css"/>
</head>

<body>
  <div id="terminal"></div>
</body>

<script src="/static/plugins/xterm/xterm.js"></script>
<script src="/static/plugins/xterm/addons/fullscreen/fullscreen.js"></script>
<script>
  var term = new Terminal({cursorBlink: true});
  term.open(document.getElementById('terminal'));

  // xterm fullscreen config
  Terminal.applyAddon(fullscreen);
  term.toggleFullScreen(true);

  var socket = new WebSocket(
    'ws://' + window.location.host + '/pod/{{ name }}');

  socket.onopen = function () {
    term.on('data', function (data) {
        socket.send(data);
    });

    socket.onerror = function (event) {
      console.log('error:' + e);
    };

    socket.onmessage = function (event) {
      term.write(event.data);
    };

    socket.onclose = function (event) {
      term.write('\n\r\x1B[1;3;31msocket is already closed.\x1B[0m');
      // term.destroy();
    };
  };
</script>
</html>

term.open初始化一个Terminal

term.on会将输入的内容全部实时的传递给后端

xterm.js有一个fullscreen的插件，引入之后可以配置fullscreen，否则可能页面只有一部分terminal窗口

目前仍然遇到一个窗口大小无法调整的问题没有解决，初步判断是后端Kubernetes传回的数据决定的，查询了相关资料，找到kubectl命令可以通过添加COLUMNS和LINES的env来设置

#!/bin/sh
if [ "$1" = "" ]; then
  echo "Usage: kshell <pod>"
  exit 1
fi
COLUMNS=`tput cols`
LINES=`tput lines`
TERM=xterm
kubectl exec -i -t $1 env COLUMNS=$COLUMNS LINES=$LINES TERM=$TERM bash

但Kubernetes Python API的Stream没有找到配置的地方，如果你知道，麻烦告诉我