Pod
什么是 Pod?
Pod 是包含一个或多个容器的容器组，是 Kubernetes 中创建和管理的最小对象。
Pod 有以下特点：
- Pod是kubernetes中最小的调度单位（原子单元），Kubernetes直接管理Pod而不是容器。
- 同一个Pod中的容器总是会被自动安排到集群中的同一节点（物理机或虚拟机）上，并且一起调度。
- Pod可以理解为运行特定应用的逻辑主机，这些容器共享存储、网络和配置声明(如资源限制)。
- 每个 Pod 有唯一的 IP 地址。 IP地址分配给Pod，在同一个 Pod 内，所有容器共享一个 IP 地址和端口空间，Pod 内的容器可以使用
localhost互相通信。
基础架构
每个Pod中都可以包含一个或者多个容器，这些容器可以分为两类
用户程序所在的容器，数量可多可少
Pause容器，这是每个Pod都会有的一个根容器，它的作用有两个：
可以以它为依据，评估整个Pod的健康状态
可以在根容器上设置
Ip地址，其它容器都此Ip（Pod IP），以实现Pod内部的网路通信
这里是Pod内部的通讯，Pod的之间的通讯采用虚拟二层网络技术来实现，我们当前环境用的是Flannel
资源清单
Pod 的资源清单
yaml
apiVersion: v1 #必选，版本号，例如v1
kind: Pod #必选，资源类型，例如 Pod
metadata: #必选，元数据
name: string #必选，Pod名称
namespace: string #Pod所属的命名空间,默认为"default"
labels: #自定义标签列表
- name: string
spec: #必选，Pod中容器的详细定义
containers: #必选，Pod中容器列表
- name: string #必选，容器名称
image: string #必选，容器的镜像名称
imagePullPolicy: [ Always|Never|IfNotPresent ] #获取镜像的策略
command: [string] #容器的启动命令列表，如不指定，使用打包时使用的启动命令
args: [string] #容器的启动命令参数列表
workingDir: string #容器的工作目录
volumeMounts: #挂载到容器内部的存储卷配置
- name: string #引用pod定义的共享存储卷的名称，需用volumes[]部分定义的的卷名
mountPath: string #存储卷在容器内mount的绝对路径，应少于512字符
readOnly: boolean #是否为只读模式
ports: #需要暴露的端口库号列表
- name: string #端口的名称
containerPort: int #容器需要监听的端口号
hostPort: int #容器所在主机需要监听的端口号，默认与Container相同
protocol: string #端口协议，支持TCP和UDP，默认TCP
env: #容器运行前需设置的环境变量列表
- name: string #环境变量名称
value: string #环境变量的值
resources: #资源限制和请求的设置
limits: #资源限制的设置
cpu: string #Cpu的限制，单位为core数，将用于docker run --cpu-shares参数
memory: string #内存限制，单位可以为Mib/Gib，将用于docker run --memory参数
requests: #资源请求的设置
cpu: string #Cpu请求，容器启动的初始可用数量
memory: string #内存请求,容器启动的初始可用数量
lifecycle: #生命周期钩子
postStart: #容器启动后立即执行此钩子,如果执行失败,会根据重启策略进行重启
preStop: #容器终止前执行此钩子,无论结果如何,容器都会终止
livenessProbe: #对Pod内各容器健康检查的设置，当探测无响应几次后将自动重启该容器
exec: #对Pod容器内检查方式设置为exec方式
command: [string] #exec方式需要制定的命令或脚本
httpGet: #对Pod内个容器健康检查方法设置为HttpGet，需要制定Path、port
path: string
port: number
host: string
scheme: string
HttpHeaders:
- name: string
value: string
tcpSocket: #对Pod内个容器健康检查方式设置为tcpSocket方式
port: number
initialDelaySeconds: 0 #容器启动完成后首次探测的时间，单位为秒
timeoutSeconds: 0 #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: 0 #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: 0
failureThreshold: 0
securityContext:
privileged: false
restartPolicy: [Always | Never | OnFailure] #Pod的重启策略
nodeName: <string> #设置NodeName表示将该Pod调度到指定到名称的node节点上
nodeSelector: obeject #设置NodeSelector表示将该Pod调度到包含这个label的node上
imagePullSecrets: #Pull镜像时使用的secret名称，以key：secretkey格式指定
- name: string
hostNetwork: false #是否使用主机网络模式，默认为false，如果设置为true，表示使用宿主机网络
volumes: #在该pod上定义共享存储卷列表
- name: string #共享存储卷名称 （volumes类型有很多种）
emptyDir: {} #类型为emtyDir的存储卷，与Pod同生命周期的一个临时目录。为空值
hostPath: string #类型为hostPath的存储卷，表示挂载Pod所在宿主机的目录
path: string #Pod所在宿主机的目录，将被用于同期中mount的目录
secret: #类型为secret的存储卷，挂载集群与定义的secret对象到容器内部
scretname: string
items:
- key: string
path: string
configMap: #类型为configMap的存储卷，挂载预定义的configMap对象到容器内部
name: string
items:
- key: string
path: string基本配置
创建 pod-test.yaml 文件
yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-test
namespace: default
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.22
resources: # 资源配额
limits: # 限制资源（上限）
cpu: "2" # CPU限制，单位是core数
memory: "10Gi" # 内存限制
requests: # 请求资源（下限）
cpu: "1" # CPU限制，单位是core数
memory: "10Mi" # 内存限制
imagePullPolicy: Never
ports: # 设置容器暴露的端口列表
- name: nginx-port
containerPort: 80
protocol: TCP
- name: busybox
image: busybox:1.30
command:
[
"/bin/sh",
"-c",
"touch /tmp/hello.txt;while true;do /bin/echo $(date +%T) >> /tmp/hello.txt; sleep 3; done;",
]
env: # 设置环境变量列表
- name: "username"
value: "admin"
- name: "password"
value: "123456"上面定义了一个比较简单Pod的配置，里面有两个容器
nginx：用1.22版本的nginx镜像创建（nginx是一个轻量级web容器）busybox：用1.30版本的busybox镜像创建（busybox是一个小巧的linux命令集合）
镜像拉取策略
imagePullPolicy：用于设置镜像拉取策略，kubernetes支持配置三种拉取策略
Always：总是从远程仓库拉取镜像（一直远程下载）IfNotPresent：本地有则使用本地镜像，本地没有则从远程仓库拉取镜像（本地有就本地 本地没远程下载）Never：只使用本地镜像，从不去远程仓库拉取，本地没有就报错 （一直使用本地）
如果镜像tag为具体版本号， 默认策略是：IfNotPresent
如果镜像tag为：latest（最终版本） ，默认策略是always
启动命令
因为 busybox 并不是一个程序，而是类似于一个工具类的集合，kubernetes集群启动管理后，它会自动关闭。
command：用于在pod中的容器初始化完毕之后运行一个命令
sh
# 进入busybox容器
# kubectl exec pod名称 -n 命名空间 -it -c 容器名称 /bin/sh 在容器内部执行命令
root@master:~# kubectl exec pod-test -it -c busybox /bin/sh
kubectl exec [POD] [COMMAND] is DEPRECATED and will be removed in a future version. Use kubectl exec [POD] -- [COMMAND] instead.
/ # cat /tmp/hello.txt
08:03:22
08:03:25
08:03:28
08:03:31
08:03:34
08:03:37
08:03:40
08:03:43
08:03:46
08:03:49
08:03:52
08:03:55
08:03:58环境变量
env：环境变量，用于在pod中的容器设置环境变量
这种方式不是很推荐，推荐将这些配置单独存储在配置文件中
sh
/ # echo $username
admin
/ # echo $password
123456端口配置
ports ：要从容器中公开的端口列表
name：端口名称，如果指定，必须保证name在pod中是唯一的containerPort：容器要监听的端口(0<x<65536)hostPort：容器要在主机上公开的端口，如果设置，主机上只能运行容器的一个副本(一般省略)hostIP：要将外部端口绑定到的主机IP(一般省略)protocol：端口协议。必须是UDP、TCP或SCTP。默认为“TCP”。
sh
# 查看PodIP
kubectl describe pod pod-test | grep "IP:"
# 查看PodIP
kubectl get pod pod-test -o json | grep ip
kubectl get pod pod-test -o yaml |grep ip
# 访问
curl 10.244.1.26访问容器中的应用：
Podip:containerPort
资源配额
容器中的程序要运行，肯定是要占用一定资源的，比如cpu和内存等。如果不对某个容器的资源做限制，那么它就可能吃掉大量资源，导致其它容器无法运行。
resources：对内存和cpu的资源进行配额
limits：用于限制运行时容器的最大占用资源，当容器占用资源超过limits时会被终止，并进行重启requests：用于设置容器需要的最小资源，如果环境资源不够，容器将无法启动cpu：核心数，可以为整数或小数memory： 内存大小，可以使用Gi、Mi、G、M等形式
sh
# 修改内存的最小资源为1000Gi, 重新运行
kubectl apply -f pod-test.yaml
# 直接报错
The Pod "pod-test" is invalid: spec.containers[0].resources.requests: Invalid value: "1000Gi": must be less than or equal to memory limit of 10Gi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）
- 容器启动后钩子（post start）、容器终止前钩子（pre stop）
- 容器的存活性探测（liveness probe）、就绪性探测（readiness probe）
- pod终止过程
在整个生命周期中，Pod会出现5种状态，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
- 用户通过
kubectl或其他api客户端提交需要创建的pod信息给apiServer 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apiServernode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apiServerapiServer将接收到的pod状态信息存入etcd中
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- 端点控制器监控到
pod对象的关闭行为时将其从所有匹配到此端点的service资源的端点列表中移除 - 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：
- 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
- 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
接下来做一个案例，模拟下面这个需求：
假设要以主容器来运行nginx，但是要求在运行nginx之前先要能够连接上mysql和redis所在服务器
为了简化测试，事先规定好mysql(192.168.90.14)和redis(192.168.90.15)服务器的地址
创建 pod-initcontainer.yaml ，内容如下：
yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-initcontainer
namespace: default
spec:
containers:
- name: main-container
image: nginx:1.22
ports:
- name: nginx-port
containerPort: 80
initContainers:
- name: test-mysql
image: busybox:1.30
command:
[
"sh",
"-c",
"until ping 192.168.31.10 -c 1 ; do echo waiting for mysql...; sleep 2; done;",
]
- name: test-redis
image: busybox:1.30
command:
[
"sh",
"-c",
"until ping 192.168.31.11 -c 1 ; do echo waiting for reids...; sleep 2; done;",
]运行测试
sh
# 创建Pod
kubectl apply -f pod-initcontainer.yaml
# 查看Pod状态
kubectl describe po pod-initcontainer
# resp
Events:
Type Reason Age From Message
---- ------ ---- ---- -------
Normal Scheduled 27s default-scheduler Successfully assigned default/pod-initcontainer to node1
Normal Pulled 27s kubelet Container image "busybox:1.30" already present on machine
Normal Created 27s kubelet Created container test-mysql
Normal Started 27s kubelet Started container test-mysql
# 动态查看pod创建过程
kubectl get po -w
# resp
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
pod-initcontainer 0/1 Init:0/2 0 11s
pod-initcontainer 0/1 Init:1/2 0 27s
pod-initcontainer 0/1 Init:1/2 0 28s
pod-initcontainer 0/1 PodInitializing 0 40s
pod-initcontainer 1/1 Running 0 41s
# 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
ifconfig ens18:1 192.168.31.10 netmask 255.255.255.0 up
ifconfig ens18:2 192.168.31.11 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
sh…… lifecycle: postStart: exec: command: - cat - /tmp/healthy ……TCPSocket：在当前容器尝试访问指定的
socketsh…… lifecycle: postStart: tcpSocket: port: 8080 ……HTTPGet：在当前容器中向某
url发起http请求sh…… 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 ……
以exec方式为例，演示下钩子函数的使用，创建 pod-hook-exec.yaml 文件。
sh
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-hook-exec
namespace: default
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"]运行测试
sh
# 创建pod
kubectl create -f pod-hook-exec.yaml
# 查看pod
kubectl get pods pod-hook-exec -o wide
# resp
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
pod-hook-exec 1/1 Running 0 119s 10.244.1.28 node2 <none> <none>
# 访问pod
curl 10.244.1.28
postStart...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
livenessProbe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
Exec：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
yaml
……
livenessProbe:
exec:
command:
- cat
- /tmp/healthy
……TCPSocket
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
yaml
……
livenessProbe:
tcpSocket:
port: 8080
……HTTPGet
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
yaml
……
livenessProbe:
httpGet:
path: / #URI地址
port: 80 #端口号
host: 127.0.0.1 #主机地址
scheme: HTTP #支持的协议，http或者https
……相关配置
livenessProbe的子属性
initialDelaySeconds：容器启动后等待多少秒执行第一次探测timeoutSeconds：探测超时时间。默认1秒，最小1秒periodSeconds：执行探测的频率。默认是10秒，最小1秒failureThreshold：连续探测失败多少次才被认定为失败。默认是3。最小值是1successThreshold：连续探测成功多少次才被认定为成功。默认是1
重启策略
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
yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-restartpolicy
namespace: default
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.22
ports:
- name: nginx-port
containerPort: 80
livenessProbe:
httpGet:
scheme: HTTP
port: 80
path: /hello
restartPolicy: Never # 设置重启策略为Never运行测试
sh
# 创建Pod
kubectl create -f pod-restartpolicy.yaml
# 查看Pod详情，发现nginx容器失败
kubectl describe pods pod-restartpolicy
# resp
Warning Unhealthy 8s (x3 over 28s) kubelet Liveness probe failed: HTTP probe failed with statuscode: 404
Normal Killing 8s kubelet Stopping container nginx
# 多等一会，再观察pod的重启次数，发现一直是0，并未重启
kubectl get pods pod-restartpolicy
# resp
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
pod-restartpolicy 0/1 Completed 0 91s