【Kubernetes】k8s集群之Pod容器资源限制和三种探针

一、Pod容器的资源限制

1.资源限制

2.Pod 和容器的资源请求与限制

3.CPU 资源单位

4.内存资源单位

二、Pod容器的三种探针

1.探针的三种规则

2.Probe支持三种检查方法：

一、Pod容器的资源限制

1.资源限制

当定义 Pod 时可以选择性地为每个容器设定所需要的资源数量。最常见的可设定资源是 CPU 和内存大小，以及其他类型的资源。

当为 Pod 中的容器指定了 request 资源时，代表容器运行所需的最小资源量，调度器就使用该信息来决定将 Pod 调度到哪个节点上。当还为容器指定了 limit 资源时，kubelet 就会确保运行的容器不会使用超出所设的 limit 资源量。kubelet 还会为容器预留所设的 request 资源量，供该容器使用。

如果 Pod 运行所在的节点具有足够的可用资源，容器可以使用超出所设置的 request 资源量。不过，容器不可以使用超出所设置的 limit 资源量。

如果给容器设置了内存的 limit 值，但未设置内存的 request 值，Kubernetes 会自动为其设置与内存 limit 相匹配的 request 值。类似的，如果给容器设置了 CPU 的 limit 值但未设置 CPU 的 request 值，则 Kubernetes 自动为其设置 CPU 的 request 值并使之与 CPU 的 limit 值匹配。

官网示例：
https://kubernetes.io/docs/concepts/configuration/manage-compute-resources-container/

2.Pod 和容器的资源请求与限制

spec.containers[].resources.requests.cpu       //定义创建容器时预分配的CPU资源
spec.containers[].resources.requests.memory       //定义创建容器时预分配的内存资源
spec.containers[].resources.limits.cpu           //定义 cpu 的资源上限
spec.containers[].resources.limits.memory       //定义内存的资源上限

3.CPU 资源单位

CPU 资源的 request 和 limit 以 cpu 为单位。Kubernetes 中的一个 cpu 相当于1个 vCPU（1个超线程）。
Kubernetes 也支持带小数 CPU 的请求。spec.containers[].resources.requests.cpu 为 0.5 的容器能够获得一个 cpu 的一半 CPU 资源（类似于Cgroup对CPU资源的时间分片）。表达式 0.1 等价于表达式 100m（毫核），表示每 1000 毫秒内容器可以使用的 CPU 时间总量为 0.1*1000 毫秒。
Kubernetes 不允许设置精度小于 1m 的 CPU 资源。

4.内存资源单位

内存的 request 和 limit 以字节为单位。可以以整数表示，或者以10为底数的指数的单位（E、P、T、G、M、K）来表示，或者以2为底数的指数的单位（Ei、Pi、Ti、Gi、Mi、Ki）来表示。
如：1KB=10^3=1000，1MB=10^6=1000000=1000KB，1GB=10^9=1000000000=1000MB
1KiB=2^10=1024，1MiB=2^20=1048576=1024KiB

PS：在买硬盘的时候，操作系统报的数量要比产品标出或商家号称的小一些，主要原因是标出的是以 MB、GB为单位的，1GB 就是1,000,000,000Byte，而操作系统是以2进制为处理单位的，因此检查硬盘容量时是以MiB、GiB为单位，1GiB=2^30=1,073,741,824，相比较而言，1GiB要比1GB多出1,073,741,824-1,000,000,000=73,741,824Byte，所以检测实际结果要比标出的少一些。

示例1：
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: frontend
spec:
containers:
- name: app
image: images.my-company.example/app:v4
env:
- name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
value: "password"
resources:
requests:
memory: "64Mi"
cpu: "250m"
limits:
memory: "128Mi"
cpu: "500m"
- name: log-aggregator
image: images.my-company.example/log-aggregator:v6
resources:
requests:
memory: "64Mi"
cpu: "250m"
limits:
memory: "128Mi"
cpu: "500m"

此例子中的 Pod 有两个容器。每个容器的 request 值为 0.25 cpu 和 64MiB 内存，每个容器的 limit 值为 0.5 cpu 和 128MiB 内存。那么可以认为该 Pod 的总的资源 request 为 0.5 cpu 和 128 MiB 内存，总的资源 limit 为 1 cpu 和 256MiB 内存。

示例2：
vim pod2.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: frontend
spec:
containers:
- name: web
image: nginx
env:
- name: WEB_ROOT_PASSWORD
value: "password"
resources:
requests:
memory: "64Mi"
cpu: "250m"
limits:
memory: "128Mi"
cpu: "500m"
- name: db
image: mysql
env:
- name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
value: "abc123"
resources:
requests:
memory: "512Mi"
cpu: "0.5"
limits:
memory: "1Gi"
cpu: "1"

//重启策略（restartPolicy）：当 Pod 中的容器退出时通过节点上的 kubelet 重启容器。适用于 Pod 中的所有容器。
1、Always：当容器终止退出后，总是重启容器，默认策略
2、OnFailure：当容器异常退出（退出状态码非0）时，重启容器；正常退出则不重启容器
3、Never：当容器终止退出，从不重启容器。
#注意：K8S 中不支持重启 Pod 资源，只有删除重建。
在用 yaml 方式创建 Deployment 和 StatefulSet 类型时，restartPolicy 只能是 Always，kubectl run 创建 Pod 可以选择 Always,OnFailure,Never 三种策略

kubectl edit deployment nginx-deployment
......
restartPolicy: Always

//示例
vim pod3.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: foo
spec:
containers:
- name: busybox
image: busybox
args:
- /bin/sh
- -c
- sleep 30; exit 3

kubectl apply -f pod3.yaml

//查看Pod状态，等容器启动后30秒后执行exit退出进程进入error状态，就会重启次数加1
kubectl get pods
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
foo 1/1 Running 1 50s

kubectl delete -f pod3.yaml

vim pod3.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: foo
spec:
containers:
- name: busybox
image: busybox
args:
- /bin/sh
- -c
- sleep 30; exit 3
restartPolicy: Never
#注意：跟container同一个级别

kubectl apply -f pod3.yaml

//容器进入error状态不会进行重启
kubectl get pods -w

二、Pod容器的三种探针

健康检查：又称为探针（Probe）探针是由kubelet对容器执行的定期诊断。

1.探针的三种规则

●livenessProbe ：判断容器是否正在运行。如果探测失败，则kubelet会杀死容器，并且容器将根据 restartPolicy 来设置 Pod 状态。如果容器不提供存活探针，则默认状态为Success。

●readinessProbe ：判断容器是否准备好接受请求。如果探测失败，端点控制器将从与 Pod 匹配的所有 service endpoints 中剔除删除该Pod的IP地址。初始延迟之前的就绪状态默认为Failure。如果容器不提供就绪探针，则默认状态为Success。

●startupProbe（这个1.17版本增加的）：判断容器内的应用程序是否已启动，主要针对于不能确定具体启动时间的应用。如果配置了 startupProbe 探测，则在 startupProbe 状态为 Success 之前，其他所有探针都处于无效状态，直到它成功后其他探针才起作用。如果 startupProbe 失败，kubelet 将杀死容器，容器将根据 restartPolicy 来重启。如果容器没有配置 startupProbe，则默认状态为 Success。
#注：以上规则可以同时定义。在readinessProbe检测成功之前，Pod的running状态是不会变成ready状态的。

2.Probe支持三种检查方法：

●exec ：在容器内执行指定命令。如果命令退出时返回码为0则认为诊断成功。

●tcpSocket ：对指定端口上的容器的IP地址进行TCP检查（三次握手）。如果端口打开，则诊断被认为是成功的。

●httpGet ：对指定的端口和uri路径上的容器的IP地址执行HTTPGet请求。如果响应的状态码大于等于200且小于400，则诊断被认为是成功的

每次探测都将获得以下三种结果之一：
●成功（Success）：表示容器通过了检测。
●失败（Failure）：表示容器未通过检测。
●未知（Unknown）：表示检测没有正常进行。

官网示例：
https://kubernetes.io/docs/tasks/configure-pod-container/configure-liveness-readiness-startup-probes/

exec检查方式

vim pod3.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  creationTimestamp: null
  labels:
    run: pod-test
  name: pod-test
spec:
  containers:
  - image: soscscs/myapp:v1
    name: myapp
    ports:
    - containerPort: 80
    resources: {}
    command:
    - sh
    - -c
    - "touch /tmp/scj.txt; sleep 20; rm -f /tmp/scj.txt; sleep 3600"
    livenessProbe:            #存活探针
      exec:
        command:
        - sh
        - -c
        - "test -f /tmp/scj.txt"
      initialDelaySeconds: 5
      periodSeconds: 5
      failureThreshold: 3
  dnsPolicy: ClusterFirst
  restartPolicy: Always
status: {}
 
kubectl apply -f pod3.yaml
kubectl get pod -o wide -w
kubectl describe pod pod-test

#initialDelaySeconds：指定 kubelet 在执行第一次探测前应该等待5秒，即第一次探测是在容器启动后的第6秒才开始执行。默认是 0 秒，最小值是 0。
#periodSeconds：指定了 kubelet 应该每 5 秒执行一次存活探测。默认是 10 秒。最小值是 1。
#failureThreshold: 探针连续失败了 failureThreshold 次之后，Kubernetes 认为总体上检查已失败。存活探测情况下的放弃就意味着重新启动容器。就绪探测情况下的放弃 Pod 会被打上未就绪的标签。默认值是 3。最小值是 1。
#timeoutSeconds：探测的超时后等待多少秒。默认值是 1 秒。最小值是 1。（在 Kubernetes 1.20 版本之前，exec 探针会忽略 timeoutSeconds 探针会无限期地持续运行，甚至可能超过所配置的限期，直到返回结果为止。）

可以看到 Pod 中只有一个容器。kubelet 在执行第一次探测前需要等待 5 秒，kubelet 会每 5 秒执行一次存活探测。kubelet 在容器内执行命令 cat /tmp/healthy 来进行探测。如果命令执行成功并且返回值为 0，kubelet 就会认为这个容器是健康存活的。当到达第 31 秒时，这个命令返回非 0 值，kubelet 会杀死这个容器并重新启动它。

httpGet检查方式

vim pod4.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  creationTimestamp: null
  labels:
    run: pod-test
  name: pod-test
spec:
  containers:
  - image: soscscs/myapp:v1
    name: myapp
    ports:
    - containerPort: 80
      name: http
    resources: {}
    livenessProbe:               #存活探针  
      initialDelaySeconds: 5
      periodSeconds: 5
      failureThreshold: 3
      httpGet:                   #httpget检查方式   
        port: http
        path: /index.html
  dnsPolicy: ClusterFirst
  restartPolicy: Always
status: {}
 
kubectl apply -f pod4.yaml
kubectl log pod-test

在这个配置文件中，可以看到 Pod 也只有一个容器。initialDelaySeconds 字段告诉 kubelet 在执行第一次探测前应该等待 3 秒。periodSeconds 字段指定了 kubelet 每隔 3 秒执行一次存活探测。kubelet 会向容器内运行的服务（服务会监听 8080 端口）发送一个 HTTP GET 请求来执行探测。如果服务器上 /healthz 路径下的处理程序返回成功代码，则 kubelet 认为容器是健康存活的。如果处理程序返回失败代码，则 kubelet 会杀死这个容器并且重新启动它。

任何大于或等于 200 并且小于 400 的返回代码标示成功，其它返回代码都标示失败。

tcpSocket检查方式

vim pod3.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  creationTimestamp: null
  labels:
    run: pod-test
  name: pod-test
spec:
  containers:
  - image: soscscs/myapp:v1
    name: myapp
    ports:
    - containerPort: 80
    resources: {}
    livenessProbe:
      tcpSocket:
        port: 8080
      initialDelaySeconds: 5
      periodSeconds: 5
      failureThreshold: 3
  dnsPolicy: ClusterFirst
  restartPolicy: Always
status: {}
 
kubectl apply -f pod3.yaml
kubectl exec -it pod-test -- netstat -lntp

这个例子同时使用 readinessProbe 和 livenessProbe 探测。kubelet 会在容器启动 5 秒后发送第一个 readinessProbe 探测。这会尝试连接 goproxy 容器的 8080 端口。如果探测成功，kubelet 将继续每隔 10 秒运行一次检测。除了 readinessProbe 探测，这个配置包括了一个 livenessProbe 探测。kubelet 会在容器启动 15 秒后进行第一次 livenessProbe 探测。就像 readinessProbe 探测一样，会尝试连接 goproxy 容器的 8080 端口。如果 livenessProbe 探测失败，这个容器会被重新启动。

就绪检测

vim pod4.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  creationTimestamp: null
  labels:
    run: pod-test
  name: pod-test
spec:
  containers:
  - image: soscscs/myapp:v1
    name: myapp
    ports:
    - containerPort: 80
      name: http
    resources: {}
    readinessProbe:            #就绪探针
      initialDelaySeconds: 5
      periodSeconds: 5
      failureThreshold: 3
      httpGet:
        port: http
        path: /scj.html        #目标目录中不存在这个文件
    livenessProbe:
      initialDelaySeconds: 5
      periodSeconds: 5
      failureThreshold: 3
      httpGet:
        port: http
        path: /index.html
  dnsPolicy: ClusterFirst
  restartPolicy: Always
status: {}

因为有启动探针，应用将会有最多 5 分钟（30 * 10 = 300s）的时间来完成其启动过程。一旦启动探测成功一次，存活探针和就绪探针就会接管对容器的探测。如果启动探测一直没有成功，容器会在 300 秒后被杀死，并且根据 restartPolicy 来执行进一步处置。

若想将状态变成就绪，如何操作？

kubectl exec -it pod-test -- sh
cd /usr/share/nginx/html/
echo 123 > scj.html    #创建这个文件后，就绪探针即可满足条件

启动探针（startupProbe）

探测Pod容器内的应用进程是否启动成功。在启动探针探测成功前，存活探针和就绪探针都会处于赞同状态，直到启动探针探测成功为止
如果探测失败则kubelet杀掉容器，并根据容器的重启策略决定是否重启容器

vim pod4.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  creationTimestamp: null
  labels:
    run: pod-test
  name: pod-test
spec:
  containers:
  - image: soscscs/myapp:v1
    name: myapp
    ports:
    - containerPort: 80
      name: http
    resources: {}
    readinessProbe:
      initialDelaySeconds: 5
      periodSeconds: 5
      failureThreshold: 3
      httpGet:
        port: http
        path: /scj.html
    livenessProbe:
      initialDelaySeconds: 5
      periodSeconds: 5
      failureThreshold: 3
      httpGet:
        port: http
        path: /index.html
    startupProbe:
      periodSeconds: 10
      failureThreshold: 12
      httpGet:
        port: http
        path: /tan.html
  dnsPolicy: ClusterFirst
  restartPolicy: Always
status: {}

四.pod容器的启动、退出动作
postStart：当容器创建后且容器进程启动之前（即容器主进程开始运行但不一定完全准备好接收

请求时），Kubernetes会尝试执行postStart。通常用来执行一些初始化任务，比如资源部署、环境

配置等。如果postStart钩子执行失败，容器仍然会被启动，并且kubelet不会因此重启容器。

我们可以通过lifecycle配置项在 Pod 定义的 spec.containers[*].lifecycle.postStart 字段中指定一个

命令或者 HTTP 请求。

preStop：当容器即将被kubelet终止时，Kubernetes会尝试执行preStop。这个钩子可以优雅地关

闭连接、保存状态或释放资源。kubelet会确保preStop被触发并至少已经开始执行。如果容器突然

崩溃（CrashLoopBackOff等情况），preStop可能无法得到执行。

preStop的执行与SIGTERM信号是异步的，也就是说如果PreStop钩子脚本执行时间超过这个优雅

期，Kubernetes将强制终止Pod。

我们同样可以通过 spec.containers[*].lifecycle.preStop 字段来设置执行命令或HTTP请求。

vim pod-test.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-test7
spec:
  volumes:
  - name: scj-vol
    hostPath:
      path: /data/scj/
      type: DirectoryOrCreate
  initContainers:
  - name: myapp
    image: soscscs/myapp:v1
    volumeMounts:
    - name: scj-vol
      mountPath: /mnt/                
    command:
    - sh
    - -c
    - "echo 'scj like 123 from initcontainer' >> /mnt/scj.txt"
  containers:
  - image: nginx:1.20
    name: nginx
    ports:
    - containerPort: 80
    resources: {}
    volumeMounts:
    - name: scj-vol
      mountPath: /usr/local/bin/       #将本地目录/data/scj/挂载到容器的/usr/local/bin/上
    lifecycle:
      postStart:                       #设置Pod容器启动时额外执行的操作
        exec:
          command:
          - sh
          - -c
          - "echo 'tangjun like from poststat' >> /usr/local/bin/scj.txt"
      preStop:                         #设置Pod容器被kubelet杀掉退出时执行的操作
        exec:
          command:
          - sh
          - -c
          - "echo 'jun like from prestop' >> /usr/local/bin/scj.txt"
  dnsPolicy: ClusterFirst
  restartPolicy: Always
 
kubectl apply -f pod-test.yaml