在 Kubernetes 上運行 GitHub Actions Self-hosted Runner

GitHub Actions 很不錯，相比較 Travis CI 而言排隊不是很嚴重，除了用於 CI/CD 以外還可以通過提取內部的 DockerHub Credential 放到本地用於 docker pull 來避開 Docker Hub 的 429 Ratelimit 問題（參考：「同步 docker hub library 鏡像到本地 registry ^[1]」)，對於一些小項目而言，GitHub Actions 提供的 Standard_DS2_v2 虛擬機確實性能還行，但是如果對於以下需求，使用 GitHub Actions 自帶的機器可能就不是很合適了：

編譯 TiKV（Standard_DS2_v2 的 2C7G 的機器用 build dist_release 可以編譯到死（或者 OOM））
需要一些內部鏡像協作，或使用到內網資源
私有倉庫，且需要大量編譯（官方的 Action 對於私有倉庫只有 2000 分鐘的使用時間）
需要更大的存儲空間（官方的 GitHub Actions 只有 15G 不到的可用空間）

這種時候，我們就需要使用 Self-hosted Runner，什麼是 Self-hosted Runner？

Self-hosted runners offer more control of hardware, operating system, and software tools than GitHub-hosted runners provide. With self-hosted runners, you can choose to create a custom hardware configuration with more processing power or memory to run larger jobs, install software available on your local network, and choose an operating system not offered by GitHub-hosted runners. Self-hosted runners can be physical, virtual, in a container, on-premises, or in a cloud.

對於一個 Org 而言，要添加一個 Org Level （全 Org 共享的） Runner 比較簡單，只需要：

$ mkdir actions-runner && cd actions-runner
$ curl -o actions-runner-linux-x64-2.278.0.tar.gz -L https://github.com/actions/runner/releases/download/v2.278.0/actions-runner-linux-x64-2.278.0.tar.gz
$ ./config.sh --url https://github.com/some-github-org --token AF5TxxxxxxxxxxxA6PRRS
$ ./run.sh

你就可以獲得一個 Self hosted Runner 了，但是這樣做會有一些侷限性，比如：

沒法彈性擴容，只能一個個手動部署
直接部署在裸機上，會有環境不一致的問題

Runner in Containter

Simple Docker

爲了解決這個問題，我們需要把 GitHub Runner 給容器化，這裏提供一個 Dockerfile 的 Example （魔改自：https://github.com/SanderKnape/github-runner)，由於需要使用到類似 dind 的環境（在 Actions 中直接使用到 Docker 相關的指令），所以我加入了 docker 的 binary 進去，由於默認 Runner 不允許以 root 權限運行，爲了避開後續掛載宿主機 Docker 的 sock 導致的權限問題，使用的 GitHub Runner 是一個經過修改的版本，修改版本中讓 Runner 可以以 root 權限運行，修改的腳本如下：

$ wget https://github.com/actions/runner/releases/download/v2.278.0/actions-runner-linux-x64-2.278.0.tar.gz
$ tar xzf ./actions-runner-linux-x64-2.278.0.tar.gz && rm -f actions-runner-linux-x64-2.278.0.tar.gz

# 這裏刪除了兩個文件中判斷是否 root 用戶的部分
$ sed -i '3,9d' ./config.sh
$ sed -i '3,8d' ./run.sh
# End

# 重新打包
$ tar -czf actions-runner-linux-x64-2.278.0.tar.gz *

# 刪除解壓出來的不需要的文件
$ rm -rf bin config.sh env.sh externals run.sh

然後 Dockerfile 可以這麼寫

FROM ubuntu:18.04

ENV GITHUB_PAT ""
ENV GITHUB_ORG_NAME ""
ENV RUNNER_WORKDIR "_work"
ENV RUNNER_LABELS ""

RUN apt-get update \
    && apt-get install -y curl sudo git jq iputils-ping zip \
    && apt-get clean \
    && rm -rf /var/lib/apt/lists/* \
    && curl https://download.docker.com/linux/static/stable/x86_64/docker-20.10.7.tgz --output docker-20.10.7.tgz \
    && tar xvfz docker-20.10.7.tgz \
    && cp docker/* /usr/bin/

USER root
WORKDIR /root/

RUN GITHUB_RUNNER_VERSION="2.278.0" \
    && curl -Ls https://internal.knat.network/action-runner/actions-runner-linux-x64-${GITHUB_RUNNER_VERSION}.tar.gz | tar xz \
    && ./bin/installdependencies.sh

COPY entrypoint.sh runsvc.sh ./
RUN sudo chmod u+x ./entrypoint.sh ./runsvc.sh

ENTRYPOINT ["./entrypoint.sh"]

其中 entrypoint.sh 的內容如下：

#!/bin/sh

# 這裏如果直接使用 ./config.sh --url https://github.com/some-github-org --token AF5TxxxxxxxxxxxA6PRRS 的方式註冊的話，token 會動態變化，容易導致註冊後無法 remove 的問題，所以參考 https://docs.github.com/en/rest/reference/actions#list-self-hosted-runners-for-an-organization 通過 Personal Access Token 動態獲取 Runner 的 Token
registration_url="https://github.com/${GITHUB_ORG_NAME}"
token_url="https://api.github.com/orgs/${GITHUB_ORG_NAME}/actions/runners/registration-token"
payload=$(curl -sX POST -H "Authorization: token ${GITHUB_PAT}" ${token_url})
export RUNNER_TOKEN=$(echo $payload | jq .token --raw-output)

if [ -z "${RUNNER_NAME}" ]; then
    RUNNER_NAME=$(hostname)
fi

./config.sh --unattended --url https://github.com/${GITHUB_ORG_NAME} --token ${RUNNER_TOKEN} --labels "${RUNNER_LABELS}"

# 在容器被幹掉的時候自動向 GitHub 解除註冊 Runner
remove() {
    if [ -n "${GITHUB_RUNNER_TOKEN}" ]; then
        export REMOVE_TOKEN=$GITHUB_RUNNER_TOKEN
    else
        payload=$(curl -sX POST -H "Authorization: token ${GITHUB_PAT}" ${token_url%/registration-token}/remove-token)
        export REMOVE_TOKEN=$(echo $payload | jq .token --raw-output)
    fi

    ./config.sh remove --unattended --token "${RUNNER_TOKEN}"
}

trap 'remove; exit 130' INT
trap 'remove; exit 143' TERM

./runsvc.sh "$*" &

wait $!

Build + 運行：

$ docker build . -t n0vad3v/github-runner
$ docker run -v /var/run/docker.sock:/var/run/docker.sock -e GITHUB_PAT="ghp_bhxxxxxxxxxxxxx7xxxxxxxdONDT" -e GITHUB_ORG_NAME="some-github-org" -it n0vad3v/github-runner

此時你就可以看到你的 Org 下多了一個船新的 Runner 了，現在終於可以利用上自己的機器快速跑任務不排隊，而且性能比 GitHub Actions 強了~

Scale with Kubernetes

但是這樣並不 Scale，所有的 Runner 都需要手動管理，而且，GitHub Actions 如果同時寫了多個 Job ，然後 Runner 數量小於 Job 數量的話，部分 Job 就會一直排隊，對於排隊時間的話：

Each job for self-hosted runners can be queued for a maximum of 24 hours. If a self-hosted runner does not start executing the job within this limit, the job is terminated and fails to complete.

那這個肯定是沒法接受的，正好手邊有個 k8s 集羣，對於這類基本無狀態的服務來說，讓 k8s 來自動管理他們不是最好的嘛，於是可以想到寫一個 Deployment，比如這樣：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: github-runner-some-github-org
  labels:
    app: githubrunner
spec:
  replicas: 10
  selector:
    matchLabels:
      app: githubrunner
  template:
    metadata:
      labels:
        app: githubrunner
    spec:
      volumes:
        - name: docker-sock
          hostPath:
            path: /var/run/docker.sock
            type: File
      containers:
        - name: github-runner-some-github-org
          imagePullPolicy: Always
          image: 'n0vad3v/github-runner'
          env:
            - name: GITHUB_PAT
              value: "ghp_bhxxxxxxxxxxxxx7xxxxxxxdONDT"
            - name: GITHUB_ORG_NAME
              value: "some-github-org"
            - name: RUNNER_LABELS
              value: "docker,internal-k8s"

          volumeMounts:
            - mountPath: /var/run/docker.sock
              name: docker-sock
              readOnly: false

kubectl apply -f action.yml -n novakwok，打上 Tag，起飛！

[root@dev action]# kubectl get po -n novakwok
NAME                                                    READY   STATUS    RESTARTS   AGE
github-runner-some-github-org-deployment-9cfb598d9-4shrk   1/1     Running   0          26m
github-runner-some-github-org-deployment-9cfb598d9-5rnj4   1/1     Running   0          26m
github-runner-some-github-org-deployment-9cfb598d9-cvkr9   1/1     Running   0          26m
github-runner-some-github-org-deployment-9cfb598d9-dmbnp   1/1     Running   0          26m
github-runner-some-github-org-deployment-9cfb598d9-ggl24   1/1     Running   0          26m
github-runner-some-github-org-deployment-9cfb598d9-gkgzx   1/1     Running   0          26m
github-runner-some-github-org-deployment-9cfb598d9-jcscq   1/1     Running   0          26m
github-runner-some-github-org-deployment-9cfb598d9-lrrxh   1/1     Running   0          26m
github-runner-some-github-org-deployment-9cfb598d9-pn9cn   1/1     Running   0          26m
github-runner-some-github-org-deployment-9cfb598d9-wj2tj   1/1     Running   0          26m

Demo on Docker

由於我的需求比較特殊，我需要在 Runner 內使用 Docker 相關的指令（比如需要在 Runner 上 docker build/push），這裏測試一下 Runner 是否可以正常工作，首先創建一個多 Job 的任務，像這樣：

name: Test
on:
  push:
    branches: [ main ]

jobs:
  test-1:
    runs-on: [self-hosted,X64]

    steps:
      - uses: actions/checkout@v2
      - name: Run a one-line script
        run: |
          curl ip.sb
          df -h
          lscpu
          docker pull redis

  test-2:
    runs-on: [self-hosted,X64]
    steps:
      - uses: actions/checkout@v2
      - name: Run a one-line script
        run: |
          curl ip.sb
          df -h
          lscpu
          docker pull redis

  test-3:
    runs-on: [self-hosted,X64]
    steps:
      - uses: actions/checkout@v2
      - name: Run a one-line script
        run: |
          curl ip.sb
          df -h
          lscpu
          pwd
          docker pull redis

然後跑一下看看是否可以 Work，首先確定是調度到了 Docker Runner 上：

然後看看 Docker 相關的操作是否可以 Work

好耶！

GC

有的時候會由於一些詭異的問題導致 Runner 掉線（比如 Remove 的時候網絡斷了之類的），這種之後 Org 下就會有一堆 Offline 的 Runner，爲了解決這種情況，我們可以寫一個簡單的腳本來進行 GC，腳本如下：

import requests
import argparse

parser = argparse.ArgumentParser(description='GC Dead Self-hosted runners')
parser.add_argument('--github_pat', help='GitHub Personal Access Token')
parser.add_argument('--org_name', help='GitHub Org Name')
args = parser.parse_args()


def list_runners(org_name,github_pat):
    list_runner_url = 'https://api.github.com/orgs/{}/actions/runners'.format(org_name)
    headers = {"Authorization": "token {}".format(github_pat)}
    r = requests.get(list_runner_url,headers=headers)
    runner_list = r.json()['runners']
    return runner_list

def delete_offline_runners(org_name,github_pat,runner_list):
    headers = {"Authorization": "token {}".format(github_pat)}
    for runner in runner_list:
        if runner['status'] == "offline":
            runner_id = runner['id']
            delete_runner_url = 'https://api.github.com/orgs/{}/actions/runners/{}'.format(org_name,runner_id)
            print("Deleting runner " + str(runner_id) + ", with name of " + runner['name'])
            r = requests.delete(delete_runner_url,headers=headers)

if __name__ == '__main__':
    runner_list = list_runners(args.org_name,args.github_pat)
    delete_offline_runners(args.org_name,args.github_pat,runner_list)

用法是：python3 gc_runner.py --github_pat "ghp_bhxxxxxxxxxxxxx7xxxxxxxdONDT" --org_name "some-github-org"

Some limitations

除了我們自身硬件限制以外，GitHub Actions 本身還有一些限制，比如：

Workflow run time - Each workflow run is limited to 72 hours. If a workflow run reaches this limit, the workflow run is cancelled.
Job queue time - Each job for self-hosted runners can be queued for a maximum of 24 hours. If a self-hosted runner does not start executing the job within this limit, the job is terminated and fails to complete.
API requests - You can execute up to 1000 API requests in an hour across all actions within a repository. If exceeded, additional API calls will fail, which might cause jobs to fail.
Job matrix - A job matrix can generate a maximum of 256 jobs per workflow run. This limit also applies to self-hosted runners.
Workflow run queue - No more than 100 workflow runs can be queued in a 10 second interval per repository. If a workflow run reaches this limit, the workflow run is terminated and fails to complete.

其中 API requests 這個比較玄學，由於 GitHub Actions 的工作方法官方介紹如下：

The self-hosted runner polls GitHub to retrieve application updates and to check if any jobs are queued for processing. The self-hosted runner uses a HTTPS long poll that opens a connection to GitHub for 50 seconds, and if no response is received, it then times out and creates a new long poll.

所以不是很容易判斷怎麼樣纔算是一個 API request，這一點需要在大量使用的時候纔可能暴露出問題。

Git Version

這裏有個小坑，容器內的 Git 版本建議在 2.18 以上，Ubuntu 18.04 沒問題（默認是 2.22.5），但是 arm64v8/ubuntu:18.04 官方源包管理工具的 Git 版本是 2.17，如果用這個版本的話，會遇到這種問題：

所以需要編譯一個高版本的 Git，比如 Dockerfile 可以加上這麼一行：

$ apt install -y gcc libssl-dev libcurl4-gnutls-dev zlib1g-dev make gettext wget
$ wget https://www.kernel.org/pub/software/scm/git/git-2.28.0.tar.gz && tar -xvzf git-2.28.0.tar.gz && cd git-2.28.0 && ./configure --prefix=/usr/ && make && make install

小結

如上，我們已經把 Runner 封進了 Docker 容器中，並且在需要 Scale 的情況下通過 k8s 進行水平擴展，此外，我們還有一個簡單的 GC 程序對可能異常掉線的 Runner 進行 GC，看上去已經滿足了一些初步的需求啦~

但是這樣還是有一些問題，比如：

用 root 用戶跑容器可能會有潛在的風險，尤其是還暴露了宿主機的 Docker sock，所以對於普通的任務來說，還是需要一個非 root 用戶的容器來運行
還是沒有實現自動化擴縮容，擴縮容依賴手動修改 replica，這裏需要進行自動化（例如預留 20 個 Idle 的 Runner，如果 Idle Runner 小於 20 個就自動增加）
Label 管理，由於 GitHub Actions 依賴的 Label 進行調度，所以這裏打 Label 其實是一個需要長期考慮的事情

References

Running self-hosted GitHub Actions runners in your Kubernetes cluster ^[2]
About GitHub-hosted runners ^[3]
Actions ^[4]

腳註

[1]

同步 docker hub library 鏡像到本地 registry : https://blog.k8s.li/sync-dockerhub-library-images.html

[2]

Running self-hosted GitHub Actions runners in your Kubernetes cluster: https://sanderknape.com/2020/03/self-hosted-github-actions-runner-kubernetes/

[3]

About GitHub-hosted runners: https://docs.github.com/en/actions/using-github-hosted-runners/about-github-hosted-runners

[4]

Actions: https://docs.github.com/en/rest/reference/actions#list-self-hosted-runners-for-an-organization

原文鏈接：https://nova.moe/run-self-hosted-github-action-runners-on-kubernetes/

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在 Kubernetes 上運行 GitHub Actions Self-hosted Runner

Runner in Containter

Simple Docker

Scale with Kubernetes

Demo on Docker

GC

Some limitations

Git Version

小結

References

腳註

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