Pod 的生命周期

本文讲解的是 Kubernetes 中 Pod 的生命周期，包括生命周期的不同阶段、存活和就绪探针、重启策略等。

Pod phase

Pod 的 status 字段是一个 PodStatus 对象，PodStatus中有一个 phase 字段。

Pod 的相位（phase）是 Pod 在其生命周期中的简单宏观概述。该字段并不是对容器或 Pod 的综合汇总，也不是为了做为综合状态机。

Pod 相位的数量和含义是严格指定的。除了本文档中列举的状态外，不应该再假定 Pod 有其他的 phase 值。

下面是 phase 可能的值：

挂起（Pending）：Pod 已被 Kubernetes 系统接受，但有一个或者多个容器镜像尚未创建。等待时间包括调度 Pod 的时间和通过网络下载镜像的时间，这可能需要花点时间。
运行中（Running）：该 Pod 已经绑定到了一个节点上，Pod 中所有的容器都已被创建。至少有一个容器正在运行，或者正处于启动或重启状态。
成功（Succeeded）：Pod 中的所有容器都被成功终止，并且不会再重启。
失败（Failed）：Pod 中的所有容器都已终止了，并且至少有一个容器是因为失败终止。也就是说，容器以非0状态退出或者被系统终止。
未知（Unknown）：因为某些原因无法取得 Pod 的状态，通常是因为与 Pod 所在主机通信失败。

下图是Pod的生命周期示意图，从图中可以看到Pod状态的变化。

Pod的生命周期示意图（图片来自网络）

Pod 状态

Pod 有一个 PodStatus 对象，其中包含一个 PodCondition 数组。 PodCondition 数组的每个元素都有一个 type 字段和一个 status 字段。type 字段是字符串，可能的值有 PodScheduled、Ready、Initialized、Unschedulable和ContainersReady。status 字段是一个字符串，可能的值有 True、False 和 Unknown。

容器探针

探针是由 kubelet 对容器执行的定期诊断。要执行诊断，kubelet 调用由容器实现Handler。有三种类型的处理程序：

ExecAction：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。
TCPSocketAction：对指定端口上的容器的 IP 地址进行 TCP 检查。如果端口打开，则诊断被认为是成功的。
HTTPGetAction：对指定的端口和路径上的容器的 IP 地址执行 HTTP Get 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：容器通过了诊断。
失败：容器未通过诊断。
未知：诊断失败，因此不会采取任何行动。

Kubelet 可以选择是否执行在容器上运行的两种探针执行和做出反应：

livenessProbe：指示容器是否正在运行。如果存活探测失败，则 kubelet 会杀死容器，并且容器将受到其重启策略的影响。如果容器不提供存活探针，则默认状态为 Success。
readinessProbe：指示容器是否准备好服务请求。如果就绪探测失败，端点控制器将从与 Pod 匹配的所有 Service 的端点中删除该 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。

该什么时候使用存活（liveness）和就绪（readiness）探针?

如果容器中的进程能够在遇到问题或不健康的情况下自行崩溃，则不一定需要存活探针; kubelet 将根据 Pod 的restartPolicy 自动执行正确的操作。

如果您希望容器在探测失败时被杀死并重新启动，那么请指定一个存活探针，并指定restartPolicy 为 Always 或 OnFailure。

如果要仅在探测成功时才开始向 Pod 发送流量，请指定就绪探针。在这种情况下，就绪探针可能与存活探针相同，但是 spec 中的就绪探针的存在意味着 Pod 将在没有接收到任何流量的情况下启动，并且只有在探针探测成功后才开始接收流量。

如果您希望容器能够自行维护，您可以指定一个就绪探针，该探针检查与存活探针不同的端点。

请注意，如果您只想在 Pod 被删除时能够排除请求，则不一定需要使用就绪探针；在删除 Pod 时，Pod 会自动将自身置于未完成状态，无论就绪探针是否存在。当等待 Pod 中的容器停止时，Pod 仍处于未完成状态。

readinessGates

自 Kubernetes 1.14（该版本 readinessGates GA，在1.11 版本是为 alpha）起默认支持 Pod 就绪检测机制扩展。

应用程序可以向 PodStatus 注入额外的反馈或信号：Pod readiness。要使用这个功能，请在 PodSpec 中设置 readinessGates 来指定 kubelet 评估 Pod readiness 的附加条件列表。

Readiness gates 由 Pod 的 status.condition 字段的当前状态决定。如果 Kubernetes 在 Pod 的 status.conditions 字段中找不到这样的条件，则该条件的状态默认为 “False”。
下面是一个例子。

kind: Pod
...
spec:
  readinessGates:
    - conditionType: "www.example.com/feature-1"
status:
  conditions:
    - type: Ready                              # 内置的 Pod 状态
      status: "False"
      lastProbeTime: null
      lastTransitionTime: 2018-01-01T00:00:00Z
    - type: "www.example.com/feature-1"        # 附加的额外的 Pod 状态
      status: "False"
      lastProbeTime: null
      lastTransitionTime: 2018-01-01T00:00:00Z
  containerStatuses:
    - containerID: docker://abcd...
      ready: true

您添加的 Pod 条件的名称必须符合 Kubernetes 的 label key 格式。

只有到 Pod 中的所有容器状态都是 Ready，且 Pod 附加的额外状态检测的 readinessGates 条件也是 Ready 的时候，Pod 的状态才是 Ready。

Pod 和容器状态

有关 Pod 容器状态的详细信息，请参阅 PodStatus 和 ContainerStatus。请注意，报告的 Pod 状态信息取决于当前的 ContainerState。

重启策略

PodSpec 中有一个 restartPolicy 字段，可能的值为 Always、OnFailure 和 Never。默认为 Always。 restartPolicy 适用于 Pod 中的所有容器。restartPolicy 仅指通过同一节点上的 kubelet 重新启动容器。失败的容器由 kubelet 以五分钟为上限的指数退避延迟（10秒，20秒，40秒…）重新启动，并在成功执行十分钟后重置。如 Pod 文档中所述，一旦绑定到一个节点，Pod 将永远不会重新绑定到另一个节点。

Pod 的生命

一般来说，Pod 不会消失，直到人为销毁他们。这可能是一个人或控制器。这个规则的唯一例外是成功或失败的 phase 超过一段时间（由 master 确定）的Pod将过期并被自动销毁。

有三种可用的控制器：

使用 Job 运行预期会终止的 Pod，例如批量计算。Job 仅适用于重启策略为 OnFailure 或 Never 的 Pod。
对预期不会终止的 Pod 使用 ReplicationController、ReplicaSet 和 Deployment ，例如 Web 服务器。 ReplicationController 仅适用于具有 restartPolicy 为 Always 的 Pod。
提供特定于机器的系统服务，使用 DaemonSet 为每台机器运行一个 Pod 。

所有这三种类型的控制器都包含一个 PodTemplate。建议创建适当的控制器，让它们来创建 Pod，而不是直接自己创建 Pod。这是因为单独的 Pod 在机器故障的情况下没有办法自动复原，而控制器却可以。

如果节点死亡或与集群的其余部分断开连接，则 Kubernetes 将应用一个策略将丢失节点上的所有 Pod 的 phase 设置为 Failed。

高级 liveness 探针示例

存活探针由 kubelet 来执行，因此所有的请求都在 kubelet 的网络命名空间中进行。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
    test: liveness
  name: liveness-http
spec:
  containers:
  - args:
    - /server
    image: k8s.gcr.io/liveness
    livenessProbe:
      httpGet:
        # when "host" is not defined, "PodIP" will be used
        # host: my-host
        # when "scheme" is not defined, "HTTP" scheme will be used. Only "HTTP" and "HTTPS" are allowed
        # scheme: HTTPS
        path: /healthz
        port: 8080
        httpHeaders:
        - name: X-Custom-Header
          value: Awesome
      initialDelaySeconds: 15
      timeoutSeconds: 1
    name: liveness

状态示例

Pod 中只有一个容器并且正在运行。容器成功退出。
- 记录完成事件。
- 如果 restartPolicy 为：
  - Always：重启容器；Pod phase 仍为 Running。
  - OnFailure：Pod phase 变成 Succeeded。
  - Never：Pod phase 变成 Succeeded。
Pod 中只有一个容器并且正在运行。容器退出失败。
- 记录失败事件。
- 如果 restartPolicy 为：
  - Always：重启容器；Pod phase 仍为 Running。
  - OnFailure：重启容器；Pod phase 仍为 Running。
  - Never：Pod phase 变成 Failed。
Pod 中有两个容器并且正在运行。容器1退出失败。
- 记录失败事件。
- 如果 restartPolicy 为：
  - Always：重启容器；Pod phase 仍为 Running。
  - OnFailure：重启容器；Pod phase 仍为 Running。
  - Never：不重启容器；Pod phase 仍为 Running。
- 如果有容器1没有处于运行状态，并且容器2退出：
  - 记录失败事件。
  - 如果 restartPolicy 为：
    - Always：重启容器；Pod phase 仍为 Running。
    - OnFailure：重启容器；Pod phase 仍为 Running。
    - Never：Pod phase 变成 Failed。
Pod 中只有一个容器并处于运行状态。容器运行时内存超出限制
- 容器以失败状态终止。
- 记录 OOM 事件。
- 如果 restartPolicy 为：
  - Always：重启容器；Pod phase 仍为 Running。
  - OnFailure：重启容器；Pod phase 仍为 Running。
  - Never: 记录失败事件；Pod phase 仍为 Failed。
Pod 正在运行，磁盘故障：
- 杀掉所有容器。
- 记录适当事件。
- Pod phase 变成 Failed。
- 如果使用控制器来运行，Pod 将在别处重建。
Pod 正在运行，其节点被分段。
- 节点控制器等待直到超时。
- 节点控制器将 Pod phase 设置为 Failed。
- 如果是用控制器来运行，Pod 将在别处重建。