如何对 kubernetes 应用做 e2e(端到端) 测试

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背景

最近在给 opentelemetry-operator提交一个标签选择器的功能时，因为当时修改的函数是私有的，无法添加单测函数，所以社区建议我补充一个 e2e test.

因为在当前的版本下，只要给 deployment 打上了 instrumentation.opentelemetry.io/inject-java: "true" 这类注解就会给该 deployment 注入 agent。
但没办法指定不同的 agent 版本（或者不同的环境变量），所以希望可以新增一个选择器，同时可以针对不同的 deployment 维护不同版本的 Instrumentation(是用于控制需要注入 deployment 的资源)；这样就可以灵活控制了。

在这之前我其实也很少做 kubernetes 的 operator 开发，对如何做 kubernetes 的 e2e 测试也比较陌生，好在社区提供了详细的贡献文档。

安装

简单来说需要两个关键组件：

  • kind: kubernetes in docker，是可以在本地利用 docker 启动一个 kubernetes 集群的工具，通常用于在本地进行开发、测试关于 kubernetes 相关的功能。
    • 安装 kind 的前提是本地已经安装好了 docker。
  • chainsaw: 一个 e2e 测试框架，提供了声明式的方式定义测试用例，也有着丰富断言功能。

他们的安装都很简单，只要本地安装好了 golang，直接使用 go install 即可：

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go install sigs.k8s.io/[email protected]
go install github.com/kyverno/chainsaw@latest

kind 使用

在开始前还是先预习下 kind 的基本使用。

安装好 kind 之后，使用 create cluster 命令可以在本地创建一个 kubernetes 集群。

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kind create cluster -h
Creates a local Kubernetes cluster using Docker container 'nodes'

Usage:
  kind create cluster [flags]


之后只需要等待集群安装成功即可，它会在我们的 cat ~/.kube/config 文件中追加刚才新建集群的连接信息。

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k config get-contexts
k config use-context xxx

这样就可以使用这两个命令来查看和切换不同的集群了，虽说是一个本地模拟的 kubernetes 集群，但他的核心功能和一个标准的集群没有什么区别。

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kind delete clusters --all

使用完成之后可以使用这个命令将所有集群都删除掉。

准备集群数据

在 opentelemetry-operator 中有给我们准备好一个 make 命令: make prepare-e2e ；使用它会帮我们将 operator 的测试环境初始化好。

大概分为以下几步：

  • 安装 chainsaw
  • 修改 controller 的镜像为我们本地构建的镜像名称
  • 本地 docker 镜像打包
  • 安装 cert-manager
  • 安装 Operator 需要的 CRD
  • 部署 Operator deployment
  • 等待 Operator 启动成功

不过这里的安装过程可能会遇到问题（本质上都是我们的网络问题）：


这种情况可以想办法（科学上网）手动先把镜像拉取到本地，然后 kubernetes 就会从本地仓库获取到这个镜像。

e2e test

通常我们需要将同一类的测试功能放到一个文件夹里，比如这样：

默认情况下 Chainsaw 会查找目录下名为 chainsaw-test.yaml 作为引导文件。

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apiVersion: chainsaw.kyverno.io/v1alpha1  
kind: Test  
metadata:  
  creationTimestamp: null  
  name: instrumentation-java  
spec:  
  steps:  
  - name: step-00  
    try:   
    - command:  
        entrypoint: kubectl  
        args:  
        - annotate  
        - namespace  
        - ${NAMESPACE}  
        - openshift.io/sa.scc.uid-range=1000/1000  
        - --overwrite  
    - command:  
        entrypoint: kubectl  
        args:  
        - annotate  
        - namespace  
        - ${NAMESPACE}  
        - openshift.io/sa.scc.supplemental-groups=3000/3000  
        - --overwrite  
    - apply:  
        file: 00-install-collector.yaml  
    - apply:  
        file: 00-install-instrumentation-select.yaml  
  - name: step-01  
    try:  
    - apply:  
        file: 01-install-app-select.yaml  
    - assert:  
        file: 01-assert*.yaml  
    catch:  
      - podLogs:  
          selector: app=my-java-select
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tests/e2e-instrumentation/instrumentation-select
├── 00-install-collector.yaml
├── 00-install-instrumentation-select.yaml
├── 01-assert-select.yaml
├── 01-assert-without-select.yaml
├── 01-install-app-select.yaml
└── chainsaw-test.yaml

以我这里的这份文件为例，在其中定义了几个步骤：

  • 初始化环境信息，包含创建 namespace
  • 安装我们测试所需要的资源
    • 00-install-collector.yaml：这里主要是安装一个 OpenTelemetry 的 collector
    • 00-install-instrumentation-select.yaml：安装 Instrumentation 注入资源
    • 01-install-app-select.yaml：应用一个我们需要测试的 deployment 资源
    • 01-assert*.yaml：最后对最终生成的 yaml 资源与 assert*.yaml 的进行断言匹配，只有匹配成功后才能测试成功。

这里的测试目的主要是完成一个完整的 Java 应用的 deployment 注入 OpenTelemetry 的 agent 过程还有一些与 OpenTelemetry 相关的环境变量。

以 00-install-instrumentation-select.yaml 文件为例：

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apiVersion: opentelemetry.io/v1alpha1  
kind: Instrumentation  
metadata:  
  name: java-select  
spec:  
  selector:  
    matchLabels:  
      app: my-java-select  
  env:  
    - name: OTEL_TRACES_EXPORTER  
      value: otlp  
    - name: OTEL_EXPORTER_OTLP_ENDPOINT  
      value: http://localhost:4317  
  exporter:  
    endpoint: http://localhost:4317  
  propagators:  
    - jaeger  
    - b3  
  sampler:  
    type: parentbased_traceidratio  
    argument: "0.25"  
  java:  
    env:  
    - name: OTEL_JAVAAGENT_DEBUG  
      value: "true"

它的预期效果是选择 app: my-java-select 的 deployment 将这些环境变量都注入进去，同时默认也会在 deployment 的容器中挂载一个 javaagent.jar:

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ls /otel-auto-instrumentation-java/
javaagent.jar

而我们的 01-assert-select.yaml:

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apiVersion: v1  
kind: Pod  
metadata:  
  annotations:  
    instrumentation.opentelemetry.io/inject-java: "true"  
    sidecar.opentelemetry.io/inject: "true"  
  labels:  
    app: my-java-select  
spec:  
  containers:  
  - env:  
    - name: OTEL_JAVAAGENT_DEBUG  
      value: "true"  
    - name: JAVA_TOOL_OPTIONS  
      value: ' -javaagent:/otel-auto-instrumentation-java/javaagent.jar'  
    - name: OTEL_TRACES_EXPORTER  
      value: otlp  
    - name: OTEL_EXPORTER_OTLP_ENDPOINT  
      value: http://localhost:4317    
    - name: OTEL_TRACES_SAMPLER  
      value: parentbased_traceidratio  
    - name: OTEL_SERVICE_NAME  
      value: my-java-select   
    - name: OTEL_PROPAGATORS  
      value: jaeger,b3  
    - name: OTEL_RESOURCE_ATTRIBUTES  
    name: myapp  
  - args:  
    - --config=env:OTEL_CONFIG  
    name: otc-container  
  initContainers:  
  - name: opentelemetry-auto-instrumentation-java  
status:  
  containerStatuses:  
  - name: myapp  
    ready: true  
    started: true  
  initContainerStatuses:  
  - name: opentelemetry-auto-instrumentation-java  
    ready: true  
  phase: Running

最终就是把实际的 deployment 的 yaml 内容和这份文件进行对比。

所以这个 e2e 测试就有点类似于集成测试，不会测试具体的功能函数，只需要最终结果能匹配就可以。

当然这个和单元测试也是相辅相成的，缺一不可，不能完全只依赖 e2e 测试，也有可能是概率原因导致最终生成的资源相同；单元测试可以保证函数功能与预期相同。

都准备好之后便可以进行测试了，测试的时候也很简单，只需要执行以下命令即可：

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chainsaw test --test-dir ./tests/e2e-multi-instrumentation

这样它就会遍历该目录下的 chainsaw-test.yaml文件进行测试，执行我们上面定义的那些步骤，最终输出测试结果：

同时 Chainsaw 也提供了 Github action，可以方便的让我们和 github CI 进行集成。

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jobs:
  example:
    runs-on: ubuntu-latest

    permissions: {}

    name: Install Chainsaw
    steps:
      - name: Install Chainsaw
        uses: kyverno/[email protected]
        with:
          release: v0.0.9
      - name: Check install
        run: chainsaw version

这样我们就可以在 github 中查看我们的测试结果了：

总结

最后不得不感叹作为 CNCF 下面的项目 OpenTelemetry 的开发者体验真好，只要我们跟着贡献者文档一步步操作都能顺利通过 CI 测试，同时还能避免一些 Code Review 过程中的低级错误。


比如我第一次提 PR 的时候没有添加 changlog 文件，后面在贡献者手册里发现只需要执行 make chlog-new 就会基于当前分支信息帮我们生成一个 changelog 文件模板，然后只需要往里面填写内容即可。

这些工具链让不同开发者提交的代码和流程都符合规范，同时也降低了贡献难度。

以上所有的相关源码都可以在 https://github.com/open-telemetry/opentelemetry-operator 中进行查看。

参考链接：