Kubernetes 如何保障容器可用性？一文介绍探针的使用

有时候，应用因为无限循环或死锁而停止响应，为确保应用在这种情况下可以重新启动，需要有一种机制检查应用程序的运行状况，而不是依赖应用程序内部的检测。

K8s 主要提供了三种探针来针对这种机制：

存活探针：用于检查容器是否正在运行。如果存活探针失败，则 K8s 认为该容器已死亡，并且将尝试重新启动容器。
就绪探针：用于检查容器是否已准备好接收流量。如果容器没有准备好，K8s 将不会将流量路由到该容器。
启动探针：用于检查容器是否已启动。与存活探针不同，启动探针在容器启动时运行一次，而不是在容器运行时持续运行。

探针的检查方法

exec：通过在容器内执行指定命令，来判断命令退出时返回的状态码，返回状态码是0表示正常。
httpGet：通过对容器的 IP 地址、端口和 URL 路径来发送 GET 请求；如果响应的状态码在 200 ~ 399 间，表示正常。
tcpSocket：通过对容器的 IP 地址和指定端口，进行 TCP 检查，如果端口打开，发起 TCP Socket 建立成功，表示正常。

配置项

initialDelaySeconds：等待我们定义的时间结束后便开始探针检查
periodSeconds：探针的间隔时间
timeoutSeconds：探针的超时时间，当超过我们定义的时间后，便会被视为失败
successThreshold：探针的最小连续成功数量
failureThreshold：探针的最小连续失败数量

启动探针

apiVersion: v1        # 必选 API的版本号kind: Pod             # 必选 类型Podmetadata:             # 必选 元数据  name: nginx         # 必选 符合RFC 1035规范的Pod名称  #namespace: default # 可选 Pod所在的命名空间 不指定默认为default 可以使用-n指定namespace  labels:             # 可选 标签选择器 一般用于过滤和区分Pod    app: nginx-readyspec:                  # 必选 用于定义容器的详细信息  containers:          # 必选 容器列表                  - name: nginx        # 必选 符合RFC 1035规范的容器名称    image: nginx:latest   # 必选 容器所用的镜像的地址    imagePullPolicy: Always   # 可选 镜像拉取策略 IfNotPresent:如果宿主机有这个镜像，就不用拉取了 Always：总是拉取 Never:不管存在不存在，都不拉取    ports:             # 可选 容器需要暴露的端口号列表    - name: http       # 端口名称      containerPort: 80   # 端口号      protocol: TCP    # 端口协议 默认TCP    startupProbe:    # 可选 检测容器内进程是否完成启动 注意三种检查方式同时只能使用一种      failureThreshold: 3 # 失败三次算探针失败      exec:         command: ['/bin/sh','-c','echo Hello World']      initialDelaySeconds: 3  # 容器启动完成后首次探测的时间，单位为秒      timeoutSeconds: 2   # 对容器健康检查探测等待响应的超时时间，单位秒，默认1秒      periodSeconds: 1    # 对容器监控检查的定期探测时间设置，单位秒，默认10秒一次      successThreshold: 1 # 成功1次算探针OK      failureThreshold: 3 # 失败三次算探针失败  restartPolicy: Always # 可选 默认Always 容器故障或者没有启动成功 自动重启该容器 Onfailure: 容器以不为0的状态码终止 自动重启该容器 Never：无论何种状态 都不会重启

# kubectl apply -f pod.yaml pod/nginx created
# kubectl get podNAME    READY   STATUS              RESTARTS   AGEnginx   0/1     ContainerCreating   0          4s# kubectl describe pod nginx

就绪探针

# grep -v '^#' pod.yaml apiVersion: v1        # 必选 API的版本号kind: Pod             # 必选 类型Podmetadata:             # 必选 元数据  name: nginx         # 必选 符合RFC 1035规范的Pod名称  #namespace: default # 可选 Pod所在的命名空间 不指定默认为default 可以使用-n指定namespace  labels:             # 可选 标签选择器 一般用于过滤和区分Pod    app: nginx-readyspec:                  # 必选 用于定义容器的详细信息  containers:          # 必选 容器列表                  - name: nginx        # 必选 符合RFC 1035规范的容器名称    image: nginx:latest   # 必选 容器所用的镜像的地址    imagePullPolicy: Always   # 可选 镜像拉取策略 IfNotPresent:如果宿主机有这个镜像，就不用拉取了 Always：总是拉取 Never:不管存在不存在，都不拉取    ports:             # 可选 容器需要暴露的端口号列表    - name: http       # 端口名称      containerPort: 80   # 端口号      protocol: TCP    # 端口协议 默认TCP    readinessProbe:      httpGet:          path: /        port: 80        initialDelaySeconds: 3  # 容器启动完成后首次探测的时间，单位为秒      timeoutSeconds: 2   # 对容器健康检查探测等待响应的超时时间，单位秒，默认1秒      periodSeconds: 1    # 对容器监控检查的定期探测时间设置，单位秒，默认10秒一次      successThreshold: 1 # 成功1次算探针OK      failureThreshold: 3 # 失败三次算探针失败  restartPolicy: Always # 可选 默认Always 容器故障或者没有启动成功 自动重启该容器 Onfailure: 容器以不为0的状态码终止 自动重启该容器 Never：无论何种状态 都不会重启

可以看到端口检测正常

添加 nodeport 类型进行流量访问验证

# grep -v '^#' pod.yaml apiVersion: v1        # 必选 API的版本号kind: Pod             # 必选 类型Podmetadata:             # 必选 元数据  name: nginx         # 必选 符合RFC 1035规范的Pod名称  #namespace: default # 可选 Pod所在的命名空间 不指定默认为default 可以使用-n指定namespace  labels:             # 可选 标签选择器 一般用于过滤和区分Pod    app: nginx-readyspec:                  # 必选 用于定义容器的详细信息  containers:          # 必选 容器列表                  - name: nginx        # 必选 符合RFC 1035规范的容器名称    image: nginx:latest   # 必选 容器所用的镜像的地址    imagePullPolicy: Always   # 可选 镜像拉取策略 IfNotPresent:如果宿主机有这个镜像，就不用拉取了 Always：总是拉取 Never:不管存在不存在，都不拉取    ports:             # 可选 容器需要暴露的端口号列表    - name: http       # 端口名称      containerPort: 80   # 端口号      protocol: TCP    # 端口协议 默认TCP    readinessProbe:      httpGet:          path: /        port: 80        initialDelaySeconds: 3  # 容器启动完成后首次探测的时间，单位为秒      timeoutSeconds: 2   # 对容器健康检查探测等待响应的超时时间，单位秒，默认1秒      periodSeconds: 1    # 对容器监控检查的定期探测时间设置，单位秒，默认10秒一次      successThreshold: 1 # 成功1次算探针OK      failureThreshold: 3 # 失败三次算探针失败  restartPolicy: Always # 可选 默认Always 容器故障或者没有启动成功 自动重启该容器 Onfailure: 容器以不为0的状态码终止 自动重启该容器 Never：无论何种状态 都不会重启---apiVersion: v1kind: Servicemetadata:  name: ready-nodeport  labels:    name: ready-nodeportspec:  type: NodePort  ports:  - port: 88    protocol: TCP    targetPort: 80    nodePort: 30880  selector:    app: nginx-ready

访问验证

# kubectl get podNAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGEnginx   1/1     Running   0          15s[root@k8s-master01 ~]# kubectl get svc -owideNAME             TYPE        CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE   SELECTORkubernetes       ClusterIP   10.96.0.1      <none>        443/TCP        72d   <none>ready-nodeport   NodePort    10.96.93.159   <none>        88:30880/TCP   20s   app=nginx-ready
[root@k8s-master01 ~]# curl http://192.168.10.10:30880<!DOCTYPE html><html><head><title>Welcome to nginx!</title><style>html { color-scheme: light dark; }body { width: 35em; margin: 0 auto;font-family: Tahoma, Verdana, Arial, sans-serif; }</style></head><body><h1>Welcome to nginx!</h1><p>If you see this page, the nginx web server is successfully installed andworking. Further configuration is required.</p>
<p>For online documentation and support please refer to<a href="http://nginx.org/">nginx.org</a>.<br/>Commercial support is available at<a href="http://nginx.com/">nginx.com</a>.</p>
<p><em>Thank you for using nginx.</em></p></body></html>

修改 httpGet 或 tcpSocket 端口为 81 模拟探针探测失败，探测失败流量会不会分配进入

# kubectl get podNAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGEnginx   0/1     Running   0          22s
# kubectl get svc -owideNAME             TYPE        CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE   SELECTORkubernetes       ClusterIP   10.96.0.1      <none>        443/TCP        72d   <none>ready-nodeport   NodePort    10.96.115.11   <none>        88:30880/TCP   25s   app=nginx-ready[root@k8s-master01 ~]# curl http://192.168.10.10:30880curl: (7) Failed connect to 192.168.10.10:30880; 拒绝连接

describe nginx查看

显示81端口不通，ready状态为0，但pod是running的，请求结果为拒绝连接，流量打入失败。就绪探针失败，是不会给该pod打入流量的。

存活探针

# grep -v '^#' pod.yaml apiVersion: v1        # 必选 API的版本号kind: Pod             # 必选 类型Podmetadata:             # 必选 元数据  name: nginx         # 必选 符合RFC 1035规范的Pod名称  #namespace: default # 可选 Pod所在的命名空间 不指定默认为default 可以使用-n指定namespace  labels:             # 可选 标签选择器 一般用于过滤和区分Pod    app: nginx-readyspec:                  # 必选 用于定义容器的详细信息  containers:          # 必选 容器列表                  - name: nginx        # 必选 符合RFC 1035规范的容器名称    image: nginx:latest   # 必选 容器所用的镜像的地址    imagePullPolicy: Always   # 可选 镜像拉取策略 IfNotPresent:如果宿主机有这个镜像，就不用拉取了 Always：总是拉取 Never:不管存在不存在，都不拉取    ports:             # 可选 容器需要暴露的端口号列表    - name: http       # 端口名称      containerPort: 80   # 端口号      protocol: TCP    # 端口协议 默认TCP    livenessProbe:      httpGet:          path: /        port: 80        scheme: HTTP      initialDelaySeconds: 3  # 容器启动完成后首次探测的时间，单位为秒      timeoutSeconds: 2   # 对容器健康检查探测等待响应的超时时间，单位秒，默认1秒      periodSeconds: 1    # 对容器监控检查的定期探测时间设置，单位秒，默认10秒一次      successThreshold: 1 # 成功1次算探针OK      failureThreshold: 3 # 失败三次算探针失败  restartPolicy: Always # 可选 默认Always 容器故障或者没有启动成功 自动重启该容器 Onfailure: 容器以不为0的状态码终止 自动重启该容器 Never：无论何种状态 都不会重启---apiVersion: v1kind: Servicemetadata:  name: ready-nodeport  labels:    name: ready-nodeportspec:  type: NodePort  ports:  - port: 88    protocol: TCP    targetPort: 80    nodePort: 30880  selector:    app: nginx-ready

创建 pod 与 service 并访问测试

# kubectl apply -f pod.yaml pod/nginx createdservice/ready-nodeport created[root@k8s-master01 ~]# kubectl get podNAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGEnginx   1/1     Running   0          4s
# kubectl get svc -owideNAME             TYPE        CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE   SELECTORkubernetes       ClusterIP   10.96.0.1     <none>        443/TCP        72d   <none>ready-nodeport   NodePort    10.96.54.68   <none>        88:30880/TCP   12s   app=nginx-ready[root@k8s-master01 ~]# curl 192.168.10.10:30880<!DOCTYPE html><html><head><title>Welcome to nginx!</title><style>html { color-scheme: light dark; }body { width: 35em; margin: 0 auto;font-family: Tahoma, Verdana, Arial, sans-serif; }</style></head><body><h1>Welcome to nginx!</h1><p>If you see this page, the nginx web server is successfully installed andworking. Further configuration is required.</p>
<p>For online documentation and support please refer to<a href="http://nginx.org/">nginx.org</a>.<br/>Commercial support is available at<a href="http://nginx.com/">nginx.com</a>.</p>
<p><em>Thank you for using nginx.</em></p></body></html>

修改检测端口为81，模拟检测失败

探针检测失败会根据 restartPolicy 重启策略操作

默认 Always 容器故障或者没有启动成功自动重启该容器

重新创建该 pod

# kubectl get podNAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGEnginx   1/1     Running   0          4s
# kubectl get svc -owideNAME             TYPE        CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE     SELECTORkubernetes       ClusterIP   10.96.0.1     <none>        443/TCP        72d     <none>ready-nodeport   NodePort    10.96.54.68   <none>        88:30880/TCP   7m28s   app=nginx-ready
# curl http://192.168.10.10:30880curl: (7) Failed connect to 192.168.10.10:30880; 拒绝连接

查看 pod是否进行重启,可以看到pod已经重启5次，状态也变为CrashLoopBackOff

后续

当然，除了探针，Kubernetes 还有以下几种机制来确保容器的可用性：

RC 或 ReplicaSet：用于确保在集群中运行指定数量的 Pod。如果 Pod 在节点上失败或被删除，则 RC 或 ReplicaSet 将启动新的 Pod 来代替它们。
Deployment：用于管理 Pod 和 ReplicaSet 的更新。Deployment 可以在进行滚动更新时确保应用程序的可用性，并提供回滚机制以恢复到以前的版本。
Service：用于将流量路由到运行中的 Pod。Service 为应用程序提供了一个稳定的 IP 地址和 DNS 名称，并可以将流量根据需要负载均衡到多个 Pod 中。
Namespace：用于隔离和组织集群中的资源。通过使用 Namespace，可以将不同的应用程序或团队隔离开来，并控制它们可以访问的资源。