kubernetes-Pod详解2

文章目录

kubernetes-Pod详解2
- Pod生命周期
- 创建和终止
- - pod的创建过程
  - pod的终止过程
- 初始化容器
- 钩子函数
- 容器探测
- - 方式一：Exec
  - 方式二：TCPSocket
  - 方式三：HTTPGet
- 重启策略
- Pod调度
- - 定向调度
  - NodeSelector
  - 亲和性调度
  - NodeAffinity
  - PodAffinity

Pod生命周期

我们一般将pod对象从创建至终的这段时间范围称为pod的生命周期，它主要包含下面的过程：
• pod创建过程
• 运行初始化容器（init container）过程
• 运行主容器（main container）
o 容器启动后钩子（post start）、容器终止前钩子（pre stop）
o 容器的存活性探测（liveness probe）、就绪性探测（readiness probe）
• pod终止过程
在这里插入图片描述

在整个生命周期中，Pod会出现5种状态（相位），分别如下：
• 挂起（Pending）：apiserver已经创建了pod资源对象，但它尚未被调度完成或者仍处于下载镜像的过程中
• 运行中（Running）：pod已经被调度至某节点，并且所有容器都已经被kubelet创建完成
• 成功（Succeeded）：pod中的所有容器都已经成功终止并且不会被重启
• 失败（Failed）：所有容器都已经终止，但至少有一个容器终止失败，即容器返回了非0值的退出状态
• 未知（Unknown）：apiserver无法正常获取到pod对象的状态信息，通常由网络通信失败所导致

创建和终止

pod的创建过程

1、用户通过kubectl或其他api客户端提交需要创建的pod信息给apiServer
2、apiServer开始生成pod对象的信息，并将信息存入etcd，然后返回确认信息至客户端
3、apiServer开始反映etcd中的pod对象的变化，其它组件使用watch机制来跟踪检查apiServer上的变动
4、scheduler发现有新的pod对象要创建，开始为Pod分配主机并将结果信息更新至apiServer
5、node节点上的kubelet发现有pod调度过来，尝试调用docker启动容器，并将结果回送至apiServer
6、apiServer将接收到的pod状态信息存入etcd中
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-5j0J90ot-1669821796652)(./1669809331393.png)]

pod的终止过程

用户向apiServer发送删除pod对象的命令
apiServcer中的pod对象信息会随着时间的推移而更新，在宽限期内（默认30s），pod被视为dead
将pod标记为terminating状态
kubelet在监控到pod对象转为terminating状态的同时启动pod关闭过程
节点控制器监控到pod对象的关闭行为时将其从所有匹配到此节点的service资源的节点列表中移除
如果当前pod对象定义了preStop钩子处理器，则在其标记为terminating后即会以同步的方式启动执行
pod对象中的容器进程收到停止信号
宽限期结束后，若pod中还存在仍在运行的进程，那么pod对象会收到立即终止的信号
kubelet请求apiServer将此pod资源的宽限期设置为0从而完成删除操作，此时pod对于用户已不可见

初始化容器

初始化容器是在pod的主容器启动之前要运行的容器，主要是做一些主容器的前置工作，它具有两大特征：
1、初始化容器必须运行完成直至结束，若某初始化容器运行失败，那么kubernetes需要重启它直到成功完成
2、初始化容器必须按照定义的顺序执行，当且仅当前一个成功之后，后面的一个才能运行
初始化容器有很多的应用场景，下面列出的是最常见的几个：
• 提供主容器镜像中不具备的工具程序或自定义代码
• 初始化容器要先于应用容器串行启动并运行完成，因此可用于延后应用容器的启动直至其依赖的条件得到满足
创建pod-initcontainer.yaml，

[root@master ~]# vim pod-initcontainer.yaml
[root@master ~]# cat pod-initcontainer.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-initcontainer
  namespace: yhm
spec:
  containers:
  - name: main-container
    image: nginx:1.17.1
    ports: 
    - name: nginx-port
      containerPort: 80
  initContainers:
  - name: test-mysql
    image: busybox:1.30
    command: ['sh', '-c', 'until ping 192.168.223.176 -c 1 ; do echo waiting for mysql...; sleep 2; done;']
  - name: test-redis
    image: busybox:1.30
    command: ['sh', '-c', 'until ping 192.168.223.177 -c 1 ; do echo waiting for reids...; sleep 2; done;']

创建pod

[root@master ~]# kubectl create -f pod-initcontainer.yaml
pod/pod-initcontainer created

查看pod状态发现pod卡在启动第一个初始化容器过程中，后面的容器不会运行

[root@master ~]# kubectl describe pod  pod-initcontainer -n yhm
....                             
Events:
  Type    Reason     Age   From               Message
  ----    ------     ----  ----               -------
  Normal  Scheduled  98s   default-scheduler  Successfully assigned yhm/pod-initcontainer to node2
  Normal  Pulling    97s   kubelet            Pulling image "busybox:1.30"
  Normal  Pulled     88s   kubelet            Successfully pulled image "busybox:1.30" in 8.947859855s
  Normal  Created    88s   kubelet            Created container test-mysql
  Normal  Started    88s   kubelet            Started container test-mysql
  Normal  Pulled     88s   kubelet            Container image "busybox:1.30" already present on machine
  Normal  Created    88s   kubelet            Created container test-redis
  Normal  Started    88s   kubelet            Started container test-redis
  Normal  Pulling    87s   kubelet            Pulling image "nginx:1.17.1"
  Normal  Pulled     68s   kubelet            Successfully pulled image "nginx:1.17.1" in 18.550447048s
  Normal  Created    68s   kubelet            Created container main-container
  Normal  Started    68s   kubelet            Started container main-container

动态查看pod

[root@master ~]# kubectl get pods pod-initcontainer -n yhm -w
NAME                READY   STATUS     RESTARTS   AGE
pod-initcontainer   0/1     Init:1/2   0          7m27s

接下来新开一个shell，为当前服务器新增两个ip，观察pod的变化

[root@master ~]# ifconfig ens33:1 192.168.87.10 netmask 255.255.255.0 up
[root@master ~]# ifconfig ens33:1 192.168.87.11 netmask 255.255.255.0 up

钩子函数

钩子函数能够感知自身生命周期中的事件，并在相应的时刻到来时运行用户指定的程序代码。
kubernetes在主容器的启动之后和停止之前提供了两个钩子函数：

post start：容器创建之后执行，如果失败了会重启容器
pre stop ：容器终止之前执行，执行完成之后容器将成功终止，在其完成之前会阻塞删除容器的操作
钩子处理器支持使用下面三种方式定义动作：
Exec命令：在容器内执行一次命令

lifecycle:

  postStart: 

    exec:

      command:

      - cat

      - /tmp/healthy

TCPSocket：在当前容器尝试访问指定的socket

lifecycle:

  postStart: 

    exec:

      command:

      - cat

      - /tmp/healthy

TCPSocket：在当前容器尝试访问指定的socket

lifecycle:

  postStart:

    tcpSocket:

      port: 8080

HTTPGet：在当前容器中向某url发起http请求

lifecycle:

  postStart:

    httpGet:

      path: / #URI地址

      port: 80 #端口号

      host: 192.168.5.3 #主机地址

      scheme: HTTP #支持的协议，http或者https

接下来，以exec方式为例，演示下钩子函数的使用，创建pod-hook-exec.yaml文件，内容如下：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-hook-exec
  namespace: ww
spec:
  containers:
  - name: main-container
    image: nginx:1.17.1
    ports:
    - name: nginx-port
      containerPort: 80
    lifecycle:
      postStart: 
        exec: # 在容器启动的时候执行一个命令，修改掉nginx的默认首页内容
          command: ["/bin/sh", "-c", "echo postStart... > /usr/share/nginx/html/index.html"]
      preStop:
        exec: # 在容器停止之前停止nginx服务
          command: ["/usr/sbin/nginx","-s","quit"]

容器探测

容器探测用于检测容器中的应用实例是否正常工作，是保障业务可用性的一种传统机制。如果经过探测，实例的状态不符合预期，那么kubernetes就会把该问题实例" 摘除 "，不承担业务流量。

kubernetes提供了两种探针来实现容器探测，分别是：

liveness probes：存活性探针，用于检测应用实例当前是否处于正常运行状态，如果不是，k8s会重启容器
readiness probes：就绪性探针，用于检测应用实例当前是否可以接收请求，如果不能，k8s不会转发流量

ivenessProbe 决定是否重启容器，readinessProbe 决定是否将请求转发给容器。

上面两种探针目前均支持三种探测方式：

Exec命令：在容器内执行一次命令，如果命令执行的退出码为0，则认为程序正常，否则不正常
TCPSocket：将会尝试访问一个用户容器的端口，如果能够建立这条连接，则认为程序正常，否则不正常
HTTPGet：调用容器内Web应用的URL，如果返回的状态码在200和399之间，则认为程序正常，否则不正常

方式一：Exec

创建pod-liveness-exec.yam

[root@master ~]# vim pod-liveness-exec.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-liveness-exec
  namespace: yhm
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
    ports: 
    - name: nginx-port
      containerPort: 80
    livenessProbe:
      exec:
        command: ["/bin/cat","/tmp/hello.txt"] # 执行一个查看文件的命令

方式二：TCPSocket

[root@master ~]# vim pod-liveness-tcpsocket.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-liveness-tcpsocket
  namespace: yhm
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
    ports: 
    - name: nginx-port
      containerPort: 80
    livenessProbe:
      tcpSocket:
        port: 8080 # 尝试访问8080端口
[root@master ~]# kubectl create -f pod-liveness-tcpsocket.yaml
pod/pod-liveness-tcpsocket created
[root@master ~]# kubectl describe pods pod-liveness-tcpsocket -n yhm
Events:
  Type     Reason     Age   From               Message
  ----     ------     ----  ----               -------
  Normal   Scheduled  16s   default-scheduler  Successfully assigned yhm/pod-liveness-tcpsocket to node2 
  Normal   Pulled     16s   kubelet            Container image "nginx:1.17.1" already present on machine
  Normal   Created    16s   kubelet            Created container nginx
  Normal   Started    16s   kubelet            Started container nginx
  Warning  Unhealthy  7s    kubelet            Liveness probe failed: dial tcp 10.244.1.14:8080: connect: connection refused

  # 观察上面的信息，发现尝试访问8080端口,但是失败了# 稍等一会之后，再观察pod信息，就可以看到RESTARTS不再是0，而是一直增长
[root@master ~]# kubectl get pods pod-liveness-tcpsocket  -n yhm
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS      AGE
pod-liveness-tcpsocket   1/1     Running   3 (12s ago)   102s

方式三：HTTPGet

[root@master ~]# vim pod-liveness-httpget.yaml
[root@master ~]# cat pod-liveness-httpget.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-liveness-httpget
  namespace: yhm
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
    ports:
    - name: nginx-port
      containerPort: 80
    livenessProbe:
      httpGet:  
        scheme: HTTP 
        port: 80 
        path: /hello

至此，已经使用liveness Probe演示了三种探测方式，但是查看livenessProbe的子属性，会发现除了这三种方式，还有一些其他的配置，在这里一并解释下：

[root@k8s-master01 ~]# kubectl explain pod.spec.containers.livenessProbe
FIELDS:
   exec <Object>  
   tcpSocket    <Object>
   httpGet      <Object>
   initialDelaySeconds  <integer>  # 容器启动后等待多少秒执行第一次探测
   timeoutSeconds       <integer>  # 探测超时时间。默认1秒，最小1秒
   periodSeconds        <integer>  # 执行探测的频率。默认是10秒，最小1秒
   failureThreshold     <integer>  # 连续探测失败多少次才被认定为失败。默认是3。最小值是1
   successThreshold     <integer>  # 连续探测成功多少次才被认定为成功。默认是1q

重启策略

在上一节中，一旦容器探测出现了问题，kubernetes就会对容器所在的Pod进行重启，其实这是由pod的重启策略决定的，pod的重启策略有 3 种，分别如下：

Always ：容器失效时，自动重启该容器，这也是默认值。
OnFailure ：容器终止运行且退出码不为0时重启
Never ：不论状态为何，都不重启该容器
重启策略适用于pod对象中的所有容器，首次需要重启的容器，将在其需要时立即进行重启，随后再次需要重启的操作将由kubelet延迟一段时间后进行，且反复的重启操作的延迟时长以此为10s、20s、40s、80s、160s和300s，300s是最大延迟时长。

创建pod-restartpolicy.yaml：

[root@master ~]# vim pod-restartpolicy.yaml
[root@master ~]# cat pod-restartpolicy.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-restartpolicy
  namespace: yhm
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
    ports:
    - name: nginx-port
      containerPort: 80
    livenessProbe:
      httpGet:
        scheme: HTTP
        port: 80
        path: /hello
restartPolicy: Never # 设置重启策略为Never

运行Pod测试

[root@master ~]# kubectl create -f pod-restartpolicy.yaml
pod/pod-restartpolicy created
[root@master ~]#  kubectl  describe pods pod-restartpolicy  -n yhm
Events:
  Type     Reason     Age               From               Message
  ----     ------     ----              ----               -------
  Normal   Scheduled  28s               default-scheduler  Successfully assigned yhm/pod-restartpolicy to node1

Pod调度

在默认情况下，一个Pod在哪个Node节点上运行，是由Scheduler组件采用相应的算法计算出来的，这个过程是不受人工控制的。但是在实际使用中，这并不满足的需求，因为很多情况下，我们想控制某些Pod到达某些节点上，那么应该怎么做呢？这就要求了解kubernetes对Pod的调度规则，

kubernetes提供了四大类调度方式：
- 自动调度：运行在哪个节点上完全由 Scheduler经过一系列的算法计算得出
定向调度：NodeName、NodeSelector
亲和性调度：NodeAffinity、PodAffinity、PodAntiAffinity
污点（容忍）调度：Taints、Toleration

定向调度

定向调度，指的是利用在pod上声明nodeName或者nodeSelector，以此将Pod调度到期望的node节点上。注意，这里的调度是强制的，这就意味着即使要调度的目标Node不存在，也会向上面进行调度，只不过pod运行失败而已。
NodeName
NodeName用于强制约束将Pod调度到指定的Name的Node节点上。这种方式，其实是直接跳过Scheduler的调度逻辑，直接将Pod调度到指定名称的节点。

创建一个pod-nodename.yaml文件

[root@master ~]# vim pod-nodename.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-nodename
  namespace: yhm
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
  nodeName: node1 # 指定调度到node1节点上
  
#创建Pod
[root@master ~]# kubectl create -f pod-nodename.yaml
pod/pod-nodename created

#查看Pod调度到NODE属性，确实是调度到了node1节点上
[root@master ~]# kubectl get pods pod-nodename -n yhm -o wide
NAME           READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE      
pod-nodename   1/1     Running   0          46s   10.244.1.29   node1      

# 接下来，删除pod，修改nodeName的值为node3（并没有node3节点）
[root@master ~]# kubectl delete -f pod-nodename.yaml
pod "pod-nodename" deleted
[root@master ~]# vim pod-nodename.yaml
[root@master ~]# kubectl create -f pod-nodename.yaml
pod/pod-nodename created

#再次查看，发现已经向Node3节点调度，但是由于不存在node3节点，所以pod无法正常运行
[root@master ~]# kubectl get pods pod-nodename -n yhm -o wide
NAME           READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP       NODE    
pod-nodename   0/1     Pending   0          10s    <none>   node3

NodeSelector

NodeSelector用于将pod调度到添加了指定标签的node节点上。它是通过kubernetes的label-selector机制实现的，也就是说，在pod创建之前，会由scheduler使用MatchNodeSelector调度策略进行label匹配，找出目标node，然后将pod调度到目标节点，该匹配规则是强制约束。

亲和性调度

之前介绍了两种定向调度的方式，使用起来非常方便，但是也有一定的问题，那就是如果没有满足条件的Node，那么Pod将不会被运行，即使在集群中还有可用Node列表也不行，这就限制了它的使用场景。
基于上面的问题，kubernetes还提供了一种亲和性调度（Affinity）。它在NodeSelector的基础之上的进行了扩展，可以通过配置的形式，实现优先选择满足条件的Node进行调度，如果没有，也可以调度到不满足条件的节点上，使调度更加灵活。

Affinity主要分为三类：

nodeAffinity(node亲和性）: 以node为目标，解决pod可以调度到哪些node的问题
podAffinity(pod亲和性) : 以pod为目标，解决pod可以和哪些已存在的pod部署在同一个拓扑域中的问题
podAntiAffinity(pod反亲和性) : 以pod为目标，解决pod不能和哪些已存在pod部署在同一个拓扑域中的问题
关于亲和性(反亲和性)使用场景的说明：

亲和性：如果两个应用频繁交互，那就有必要利用亲和性让两个应用的尽可能的靠近，这样可以减少因网络通信而带来的性能损耗。
反亲和性：当应用的采用多副本部署时，有必要采用反亲和性让各个应用实例打散分布在各个node上，这样可以提高服务的高可用性。

NodeAffinity

pod.spec.affinity.nodeAffinity
  requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution  Node节点必须满足指定的所有规则才可以，相当于硬限制
    nodeSelectorTerms  节点选择列表
      matchFields   按节点字段列出的节点选择器要求列表
      matchExpressions   按节点标签列出的节点选择器要求列表(推荐)
        key    键
        values 值
        operator 关系符 支持Exists, DoesNotExist, In, NotIn, Gt, Lt
  preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 优先调度到满足指定的规则的Node，相当于软限制 (倾向)
    preference   一个节点选择器项，与相应的权重相关联
      matchFields   按节点字段列出的节点选择器要求列表
      matchExpressions   按节点标签列出的节点选择器要求列表(推荐)
        key    键
        values 值
        operator 关系符 支持In, NotIn, Exists, DoesNotExist, Gt, Lt
    weight 倾向权重，在范围1-100。
关系符的使用说明:

- matchExpressions:
  - key: nodeenv              # 匹配存在标签的key为nodeenv的节点
    operator: Exists
  - key: nodeenv              # 匹配标签的key为nodeenv,且value是"xxx"或"yyy"的节点
    operator: In
    values: ["xxx","yyy"]
  - key: nodeenv              # 匹配标签的key为nodeenv,且value大于"xxx"的节点
    operator: Gt
    values: "xxx"

PodAffinity

pod.spec.affinity.podAffinity
  requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution  硬限制
    namespaces       指定参照pod的namespace
    topologyKey      指定调度作用域
    labelSelector    标签选择器
      matchExpressions  按节点标签列出的节点选择器要求列表(推荐)
        key    键
        values 值
        operator 关系符 支持In, NotIn, Exists, DoesNotExist.
      matchLabels    指多个matchExpressions映射的内容
  preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 软限制
    podAffinityTerm  选项
      namespaces      
      topologyKey
      labelSelector
        matchExpressions  
          key    键
          values 值
          operator
        matchLabels 
    weight 倾向权重，在范围1-100
topologyKey用于指定调度时作用域,例如:
    如果指定为kubernetes.io/hostname，那就是以Node节点为区分范围
    如果指定为beta.kubernetes.io/os,则以Node节点的操作系统类型来区分