Kubernetes 容器资源管理Resources和探针Probe

资源配额 Resources

在 Kubernetes 中，resources 配置用于设置容器的资源请求和限制，以确保集群中的资源（如 CPU 和内存）得到合理分配和使用。

在之前的pod中，不写 resources 字段。就意味着 Pod 对运行的资源要求“既没有下限，也没有上限”，Kubernetes 不用管 CPU 和内存是否足够，可以把 Pod 调度到任意的节点上，而且后续 Pod 运行时也可以无限制地使用 CPU 和内存。

Pod 可能会因为资源不足而运行缓慢，或者是占用太多资源而影响其他应用，所以我们应当合理评估 Pod 的资源使用情况，尽量为 Pod 加上限制。

Pod 容器的描述部分添加一个新字段 resources 进行资源限额

ngx-pod-resources.yml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: ngx-pod-resources

spec:
  containers:
  - image: nginx:alpine
    name: ngx

    resources:
      requests:
        cpu: 10m
        memory: 100Mi
      limits:
        cpu: 20m
        memory: 200Mi

containers.resources，它下面有两个字段：

“requests”，意思是容器要申请的资源，也就是说要求 Kubernetes 在创建 Pod 的时候必须分配这里列出的资源，否则容器就无法运行。
“limits”，意思是容器使用资源的上限，不能超过设定值，否则就有可能被强制停止运行。

cpu 和 memory 资源表达方式

内存的写法和磁盘容量一样，使用 Ki、Mi、Gi 来表示 KB、MB、GB，比如 512Ki、100Mi、0.5Gi 等。
kubernetes 里 CPU 的最小使用单位是 0.001，为了方便表示用了一个特别的单位 m，也就是“milli”“毫”的意思，比如说 500m 就相当于 0.5。

ngx-pod-resources.yml 向系统申请的是 1% 的 CPU 时间和 100MB 的内存，运行时的资源上限是 2%CPU 时间和 200MB 内存。有了这个申请，Kubernetes 就会在集群中查找最符合这个资源要求的节点去运行 Pod。

Kubernetes 会根据每个 Pod 声明的需求，像搭积木或者玩俄罗斯方块一样，把节点尽量“塞满”，充分利用每个节点的资源，让集群的效益最大化。

运行命令

vim ngx-pod-resources.yml

kubectl apply -f ngx-pod-resources.yml

kubectl get pod

在这里插入图片描述

如果pod资源配额不够，会是什么情况
修改 ngx-pod-resources.yml cpu为10个cpu

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: ngx-pod-resources

spec:
  containers:
  - image: nginx:alpine
    name: ngx

    resources:
      requests:
        cpu: 10
        memory: 100Mi
      limits:
        cpu: 20
        memory: 200Mi

执行命令

kubectl delete -f ngx-pod-resources.yml
kubectl get pod
vim ngx-pod-resources.yml
kubectl apply -f ngx-pod-resources.yml 
kubectl get pod
# 获取pod详情
kubectl describe pod ngx-pod-resources

在这里插入图片描述
使用 kubectl apply 创建这个 Pod，你可能会惊奇地发现，虽然我们的 Kubernetes 集群里没有足够的 CPU，但 Pod 也能创建成功。不过我们再用 kubectl get pod 去查看的话，就会发现它处于“Pending”状态，实际上并没有真正被调度运行：
在这里插入图片描述
kubectl describe 来查看具体原因，会发现有这么一句提示：

集群中没有足够的可用 CPU 资源来调度新的 Pod，同时有一个节点（master 节点）存在污点 (taint)，导致 Pod 无法被调度到该节点上。

检查探针 Probe

探针 Probe

Kubernetes 为了能更细致地监控 Pod 的状态，除了保证崩溃重启，还必须要能够探查到 Pod 的内部运行状态，定时给应用做“体检”，让应用时刻保持“健康”，能够满负荷稳定工作。

Kubernetes 在应用的“检查口”里提取点数据，就可以从这些信息来判断应用是否“健康”了，这项功能被称为“探针”（Probe），也可以叫“探测器”。

探针类型：

Startup，启动探针，用来检查应用是否已经启动成功，适合那些有大量初始化工作要做，启动很慢的应用。
Liveness，存活探针，用来检查应用是否正常运行，是否存在死锁、死循环。
Readiness，就绪探针，用来检查应用是否可以接收流量，是否能够对外提供服务。

三种探针的递进关系：

应用程序先启动，加载完配置文件等基本的初始化数据就进入了 Startup 状态
之后如果没有什么异常就是 Liveness 存活状态，但可能有一些准备工作没有完成，还不一定能对外提供服务
只有到最后的 Readiness 状态才是一个容器最健康可用的状态。

在这里插入图片描述
如果一个 Pod 里的容器配置了探针，Kubernetes 在启动容器后就会不断地调用探针来检查容器的状态：

如果 Startup 探针失败，Kubernetes 会认为容器没有正常启动，就会尝试反复重启，当然其后面的 Liveness 探针和 Readiness 探针也不会启动。
如果 Liveness 探针失败，Kubernetes 就会认为容器发生了异常，也会重启容器。
如果 Readiness 探针失败，Kubernetes 会认为容器虽然在运行，但内部有错误，不能正常提供服务，就会把容器从 Service 对象的负载均衡集合中排除，不会给它分配流量。

容器中使用状态探针

开发应用时预留出“检查口

nginx-config-cm.yml

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: ngx-conf

data:
  default.conf: |
    server {
      listen 80;
      location = /ready {
        return 200 'I am ready';
      }
    }

执行命令

vim nginx-config-cm.yml 
kubectl apply -f nginx-config-cm.yml

Pod 定义探针：

ngx-pod-probe.yml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: ngx-pod-probe

spec:
  volumes:
  - name: ngx-conf-vol
    configMap:
      name: ngx-conf

  containers:
  - image: nginx:alpine
    name: ngx
    ports:
    - containerPort: 80
    volumeMounts:
    - mountPath: /etc/nginx/conf.d
      name: ngx-conf-vol

    startupProbe:
      periodSeconds: 1
      exec:
        command: ["cat", "/var/run/nginx.pid"]

    livenessProbe:
      periodSeconds: 10
      tcpSocket:
        port: 80

    readinessProbe:
      periodSeconds: 5
      httpGet:
        path: /ready
        port: 80

startupProbe、livenessProbe、readinessProbe 这三种探针的配置方式都是一样的，关键字段：

periodSeconds，执行探测动作的时间间隔，默认是 10 秒探测一次。
timeoutSeconds，探测动作的超时时间，如果超时就认为探测失败，默认是 1 秒。
successThreshold，连续几次探测成功才认为是正常，对于 startupProbe 和 livenessProbe 来说它只能是 1。
failureThreshold，连续探测失败几次才认为是真正发生了异常，默认是 3 次。

Kubernetes 支持 3 种探测方式：Shell、TCP Socket、HTTP GET ，它们也需要在探针里配置：

exec，执行一个 Linux 命令，比如 ps、cat 等等，和 container 的 command 字段很类似。
tcpSocket，使用 TCP 协议尝试连接容器的指定端口。
httpGet，连接端口并发送 HTTP GET 请求。

ngx-pod-probe.yml配置解析

StartupProbe 使用了 Shell 方式，使用 cat 命令检查 Nginx 存在磁盘上的进程号文件（/var/run/nginx.pid），如果存在就认为是启动成功，它的执行频率是每秒探测一次。
LivenessProbe 使用了 TCP Socket 方式，尝试连接 Nginx 的 80 端口，每 10 秒探测一次。
ReadinessProbe 使用的是 HTTP GET 方式，访问容器的 /ready 路径，每 5 秒发一次请求。

执行命令

vim ngx-pod-probe.yml
kubectl apply -f ngx-pod-probe.yml
kubectl get pod
kubectl logs ngx-pod-probe

在这里插入图片描述
Kubernetes ReadinessProbe 探针以大约 5 秒一次的频率，向 URI /ready 发送 HTTP 请求，不断地检查容器是否处于就绪状态。

验证StartupProbe 探针失败情况

修改ngx-pod-probe.yml的startupProbe

    startupProbe:
      exec:
        command: ["cat", "nginx.pid"]  #错误的文件

执行命令

kubectl delete -f ngx-pod-probe.yml
kubectl get pod
vim ngx-pod-probe.yml
kubectl apply -f ngx-pod-probe.yml 
kubectl get pod
kubectl logs ngx-pod-probe

在这里插入图片描述
当 StartupProbe 探测失败的时候，Kubernetes 就会不停地重启容器，现象就是 RESTARTS 次数不停地增加，而 livenessProbe 和 readinessProbePod 没有执行，Pod 永远不会 READY。

修改ngx-pod-probe.yml的livenessProbe（startupProbe内容要还原）

 livenessProbe:
      tcpSocket:
        port: 8080                     #错误的端口号

执行命令

kubectl delete -f ngx-pod-probe.yml
kubectl get pod
vim ngx-pod-probe.yml
kubectl apply -f ngx-pod-probe.yml 
kubectl get pod
kubectl logs ngx-pod-probe

在这里插入图片描述
因为 failureThreshold 的次数默认是三次，所以 Kubernetes 会连续执行三次 livenessProbe TCP Socket 探测，每次间隔 10 秒，30 秒之后都失败才重启容器。