概述

Kuasar 组件概述

所有组件

代码分析

kuasar 代码仓库中共有如下 11 个 Cargo.toml：

  1. Cargo.toml

  2. shim/Cargo.toml

  3. vmm/task/Cargo.toml

  4. runc/Cargo.toml

  5. quark/Cargo.toml

  6. wasm/Cargo.toml

  7. vmm/sandbox/src/bin

  8. vmm/sandbox/src/bin/qemu/main.rs

  9. runc/src/main.rs

  10. quark/src/main.rs

  11. wasm/src/main.rs

通过对上述所有 Cargo.toml 文件的分析，kuasar项目总共会打包出以下二进制文件。

二进制文件总览

kuasar项目总共会打包出8个主要的二进制文件，分为以下几类：

1. Shim 二进制文件 (2个)

  • containerd-shim-kuasar-vmm-v2
    • 功能：VMM sandboxer的containerd shim
    • main入口：shim/src/bin/containerd-shim-kuasar-vmm-v2.rs
  • containerd-shim-kuasar-wasm-v2
    • 功能：WASM sandboxer的containerd shim
    • main入口：shim/src/bin/containerd-shim-kuasar-wasm-v2.rs

2. Sandboxer 二进制文件 (4个)

  • quark-sandboxer
    • 功能：App-Kernel沙箱运行时
    • main入口：quark/src/main.rs
  • runc-sandboxer
    • 功能：传统runc沙箱运行时的包装器
    • main入口：runc/src/main.rs
  • wasm-sandboxer
    • 功能：WebAssembly沙箱运行时(支持WasmEdge和Wasmtime)
    • main入口：wasm/src/main.rs
  • vmm-task
    • 功能：VMM任务服务器(在虚拟机内部运行)
    • main入口：vmm/task/src/main.rs

3. VMM Hypervisor 二进制文件 (3个)

这些都在vmm/sandbox模块中定义：

  • qemu
    • 功能：基于QEMU的虚拟机监控器
    • main入口：vmm/sandbox/src/bin/qemu/main.rs
  • cloud_hypervisor
    • 功能：基于Cloud Hypervisor的虚拟机监控器
    • main入口：vmm/sandbox/src/bin/cloud_hypervisor/main.rs
  • stratovirt
    • 功能：基于StratoVirt的虚拟机监控器
    • main入口：vmm/sandbox/src/bin/stratovirt/main.rs

4. 测试工具 (1个)

  • kuasar-e2e
    • 功能：端到端测试工具
    • main入口：tests/e2e/src/main.rs

关于Cargo.toml的说明

并不是所有的Cargo.toml都会打包出二进制文件：

  • vmm/common/Cargo.toml: 这是一个库(library)模块，不生成二进制文件，只提供给其他模块使用的共享代码
  • vmm/sandbox/derive/Cargo.toml: 这是一个过程宏库，不生成独立的二进制文件

所以总结来说，kuasar项目会生成8个主要的可执行二进制文件，覆盖了从容器运行时到虚拟机监控器的完整技术栈。

cloud hypervisor 相关

相关的二进制文件

如果只考虑启动Cloud Hypervisor的microVM，需要使用到的二进制文件包括：

必需的Kuasar二进制文件

  1. Shim二进制文件 containerd-shim-kuasar-vmm-v2

    • 功能：作为containerd和VMM sandboxer之间的桥梁
    • 位置：shim/src/bin/containerd-shim-kuasar-vmm-v2.rs
    • 作用：接收containerd的CRI调用，转发给VMM sandboxer

  2. VMM Sandboxer二进制文件 cloud_hypervisor (VMM sandboxer的一个实现)

    • 功能：基于Cloud Hypervisor的虚拟机监控器和沙箱管理器
    • 位置：vmm/sandbox/src/bin/cloud_hypervisor/main.rs
    • 作用：创建和管理Cloud Hypervisor虚拟机实例，处理容器生命周期

  3. 虚拟机内部任务服务器 vmm-task

    • 功能：在虚拟机内部运行的任务服务器
    • 位置：vmm/task/src/main.rs
    • 作用：在VM内部处理容器的创建、启动、停止等操作

外部依赖的二进制文件

  1. Cloud Hypervisor本体

    • 这是外部的Cloud Hypervisor项目提供的二进制文件
    • Kuasar通过调用这个二进制文件来实际启动和管理虚拟机

总结: 最核心的是这4个二进制文件：

  1. containerd-shim-kuasar-vmm-v2 (Kuasar提供)
  2. cloud_hypervisor VMM sandboxer (Kuasar提供)
  3. vmm-task (Kuasar提供)
  4. cloud-hypervisor (外部Cloud Hypervisor项目提供)

这是启动Cloud Hypervisor microVM的最小二进制文件集合。其他的sandboxer(如wasm、quark、runc)以及对应的shim在这个场景下都不需要。

典型的工作流程

  1. containerd 接收到创建Pod/容器的请求
  2. containerd-shim-kuasar-vmm-v2 被containerd调用
  3. cloud_hypervisor (VMM sandboxer) 被shim启动
  4. VMM sandboxer调用外部的 cloud-hypervisor 二进制文件创建虚拟机
  5. vmm-task 在虚拟机内部启动，处理容器相关操作
    sequenceDiagram
    participant User as 用户/Kubernetes
    participant Containerd as containerd
    participant Shim as containerd-shim-kuasar-vmm-v2
    participant VMM as cloud_hypervisor (VMM Sandboxer)
    participant CH as cloud-hypervisor (外部二进制)
    participant VM as Virtual Machine
    participant Task as vmm-task (VM内部)

    Note over User, Task: Cloud Hypervisor MicroVM 创建流程

    %% 1. 创建Pod/容器请求
    User->>Containerd: 创建Pod请求 (via CRI)
    Note right of User: kubectl/crictl create pod

    %% 2. Containerd调用Shim
    Containerd->>Shim: 启动 containerd-shim-kuasar-vmm-v2
    Note right of Containerd: containerd识别runtime类型<br/>选择kuasar-vmm runtime

    %% 3. Shim与VMM Sandboxer通信
    Shim->>VMM: 通过Unix Socket连接VMM Sandboxer
    Shim->>VMM: 发送CreateSandbox请求
    Note right of Shim: 传递容器规格、网络配置等

    %% 4. VMM Sandboxer创建虚拟机
    VMM->>VMM: 生成Cloud Hypervisor配置
    Note right of VMM: 配置CPU、内存、网络、存储等

    VMM->>CH: 调用cloud-hypervisor二进制
    Note right of VMM: 启动hypervisor进程

    CH->>VM: 创建并启动虚拟机
    Note right of CH: 初始化VM硬件、加载内核

    %% 5. VM内部初始化
    VM->>Task: 启动vmm-task服务
    Note right of VM: VM启动后自动运行vmm-task

    Task->>VMM: 建立VM内外通信连接
    Note right of Task: 通过vsock或其他方式

    %% 6. 创建容器
    VMM->>Task: 发送CreateContainer请求
    Note right of VMM: 传递容器镜像、配置等

    Task->>Task: 在VM内创建容器
    Note right of Task: 设置namespace、挂载、进程等

    Task->>VMM: 返回创建成功响应

    %% 7. 启动容器
    VMM->>Task: 发送StartContainer请求
    Task->>Task: 启动容器进程
    Task->>VMM: 返回启动成功响应

    %% 8. 响应链路返回
    VMM->>Shim: 返回Sandbox创建成功
    Shim->>Containerd: 返回成功响应
    Containerd->>User: Pod/容器创建完成

    %% 9. 运行时管理（可选）
    Note over Shim, Task: 运行时操作 (exec, logs, stats等)
    User->>Containerd: 执行命令 (kubectl exec)
    Containerd->>Shim: 转发exec请求
    Shim->>VMM: 发送exec请求
    VMM->>Task: 转发到VM内部
    Task->>Task: 在容器内执行命令
    Task->>VMM: 返回执行结果
    VMM->>Shim: 转发结果
    Shim->>Containerd: 返回结果
    Containerd->>User: 显示命令输出

这个序列图展示了以下关键步骤：

主要阶段

  1. 请求发起: 用户通过kubectl/crictl发起Pod创建请求
  2. Shim启动: containerd根据RuntimeClass选择并启动kuasar shim
  3. Sandbox创建: Shim与VMM Sandboxer通信，请求创建新的沙箱
  4. VM创建: VMM Sandboxer调用Cloud Hypervisor创建虚拟机
  5. VM初始化: 虚拟机启动，内部的vmm-task服务开始运行
  6. 容器管理: 通过VM内外通信在虚拟机内创建和启动容器
  7. 运行时操作: 支持exec、logs等运行时操作

关键组件职责

  • containerd-shim-kuasar-vmm-v2: CRI到Kuasar的适配层
  • cloud_hypervisor (VMM Sandboxer): 虚拟机生命周期管理
  • cloud-hypervisor: 实际的hypervisor进程
  • vmm-task: VM内部的容器管理服务

这个架构实现了容器在轻量级虚拟机中的强隔离运行。