kubernetes（k8s） pod（资源限制、基础概念）
目录
一、资源限制
1、概念
1.2、Pod和容器的资源请求和限制
1.3、CPU资源单位
1.4、内存资源单位
1.5、CPU和内存的Requests和Limits的特点
1.6、案例
二、pod 的两种使用方式
三、pod 资源共享
四、底层容器Pause
1、pause 共享资源
1.1、网络
1.2、存储
1.3、小结
2、Pause主要功能
3、Pod 与 Pause 结构的设计初衷
五、Pod容器的分类
1、基础容器（infrastructure container）
2、初始化容器（init container）
3、应用容器（main container）
六、操作示例
1、编写yaml 文件
2、发布资源
3、查看pod创建过程
4、查看pod日志
5、编写myservice.yaml
6、发布myservice.yaml
7、编写mydb.yaml
8、发布mydb.yaml
9、查看 myapp-pod 创建全过程
七、镜像拉取策略（imagePullPolicy）
1、使用always策略下载镜像
2、使用IfNotPresent策略下载镜像
3、使用Never策略，镜像拉取
八、私有仓库部署
一、资源限制
Pod 是 kubernetes 中最小的资源管理组件，Pod 也是最小化运行容器化应用的资源对象。一个 Pod 代表着集群中运行的一个进程。kubernetes 中其他大多数组件都是围绕着 Pod 来进行支撑和扩展 Pod 功能的，例如用于管理 Pod 运行的 StatefulSet 和 Deployment 等控制器对象，用于暴露 Pod 应用的 Service 和 Ingress 对象，为 Pod 提供存储的 PersistentVolume 存储资源对象等。
1、概念
- 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，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/1.2、Pod和容器的资源请求和限制
spec.containers[].resources. requests.cp #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1.3、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（毫秒），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
1.4、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=103=1000，1MB=106=1000000=1000KB，1GB=10^9=1000000000=1000MB 1KiB=2^10=1024, 1MiB=2^20=1048576=1024KiB
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，1GB=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—些
1.5、CPU和内存的Requests和Limits的特点
- Requests和Limits都是可选的。在Pod创建和更新时，如果未设置Requests和Limits，则使用系统提供的默认值，该默认值取决于集群配置。
- 如果Requests没有配置，默认被设置等于Limits。
- requests 是创建容器时需要预留的资源量。如果无法满足，则pod 无法调度。但是，这不是容器运行实际使用的资源，容器实际运行使用的资源可能比这个大，也可能比这个小。
- Limit 是限制pod容器可以使用资源的上限。容器使用的资源无法高于这个限制任何情况下Limits都应该设置为大于或等于Requests。
1.6、案例
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"[root@master ~]# vim test.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: frontend
spec:
containers:
- name: web
image: nginx
env:
- name: WEB_ROOT_PASSWORD
value: "password"
resources:
#此容器预分配资源：内存为 64Mi ; 每个cpu 分配250m
requests:
memory: "64Mi"
cpu: "250m"
#此容器限制使用资源（最大）： 内存最大使用128Mi，每个cpu最大分配500m
limits:
memory: "128Mi"
cpu: "500m"
- name: db
image: mysql
env:
- name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
value: "abc123"
resources:
#此容器的预分配资源:内存预分配为512Mi;cpu预分配为每个cpu的50%，即1000*50%=500m
requests:
memory: "512Mi"
cpu: "0.5"
#此容器的限制使用资源配额为：内存最大使用1Gi;cpu最大使用1000m
limits:
memory: "1Gi"
cpu: "1"
#pod有两个容器，web 和db。所以，总的请求资源和限制资源为 web 和db 请求，限制资源总和。
#其中，cpu 的资源请求和限制，是以单个cpu 资源进行计算的。如果有多个cpu，则最终的结果是数值*N
kubectl apply -f test.yaml
#成功部署好后查看状态
kubectl get pods
kubectl describe pod frontend
#查看pod的详细信息，查看pod被调度到了哪个node节点
kubectl get pod -o wide
#查看node01 节点的信息
kubectl describe nodes node01
二、pod 的两种使用方式
- 一个 Pod 中运行一个容器。每个 Pod 中一个容器的模式是最常见的用法，在这种使用方式中，你可以把 Pod想象成是单个容器的封装，kubernetes 管理的是 Pod 而不是直接管理容器。
- 在一个 Pod 中同时运行多个容器。一个 Pod中也可以同时封装几个需要紧密耦合互相协作的容器，它们之间共享资源。这些在同一个 Pod 中的容器可以互相协作成为一个 service单位，比如一个容器共享文件，另一个 sidecar 容器来更新这些文件。Pod 将这些容器的存储资源作为一个实体来管理。
三、pod 资源共享
**一个 Pod 下的容器必须运行于同一节点上。**现代容器技术建议一个容器只运行一个进程，该进程在容器中 PID 命令空间中的进程号为 1，可直接接收并处理信号，进程终止时容器生命周期也就结束了。
若想在容器内运行多个进程，需要有一个类似 Linux 操作系统 init 进程的管控类进程，以树状结构完成多进程的生命周期管理。运行于各自容器内的进程无法直接完成网络通信，这是由于容器间的隔离机制导致，k8s 中的 Pod 资源抽象正是解决此类问题，Pod 对象是一组容器的集合，这些容器共享 Network、UTS 及 IPC 命令空间，因此具有相同的域名、主机名和网络接口，并可通过 IPC 直接通信。
| namespace |
功能说明 |
|---|---|
| mnt |
提供磁盘挂载点和文件系统的隔离能力 |
| ipc |
提供进程间通信的隔离能力 |
| net |
提供网络隔离能力 |
| uts |
提供主机名隔离能力 |
| pid |
提供进程隔离能力 |
| user |
提供用户隔离能力 |
四、底层容器Pause
1、pause 共享资源
1.1、网络
每个 Pod 都会被分配一个唯一的 IP 地址。Pod 中的所有容器共享网络空间，包括 IP 地址和端口。Pod 内部的容器可以使用 localhost 互相通信。Pod 中的容器与外界通信时，必须分配共享网络资源（例如使用宿主机的端口映射）。
1.2、存储
可以 Pod 指定多个共享的 Volume。Pod 中的所有容器都可以访问共享的 Volume。Volume 也可以用来持久化 Pod 中的存储资源，以防容器重启后文件丢失。
1.3、小结
每个 Pod 都有一个特殊的被称为 “基础容器” 的 Pause 容器。Pause 容器对应的镜像属于 Kubernetes 平台的一部分，除了 Pause 容器，每个 Pod 还包含一个或者多个紧密相关的用户应用容器。
2、Pause主要功能
kubernetes 中的 pause 容器主要为每个容器提供以下功能：
- 在 pod 中担任 Linux 命名空间（如网络命令空间）共享的基础
- 启用 PID 命名空间，开启 init 进程
3、Pod 与 Pause 结构的设计初衷
原因一：在一组容器作为一个单元的情况下，难以对整体的容器简单地进行判断及有效地进行行动。
比如，一个容器死亡了，此时是算整体挂了么？那么引入与业务无关的Pause 容器作为 Pod 的基础容器，以它的状态代表着整个容器组的状态，这样就可以解决该问题。
原因二：Pod 里的多个应用容器共享 Pause 容器的 IP，共享 Pause 容器挂载的Volume，这样简化了应用容器之间的通信问题，也解决了容器之间的文件共享问题。
五、Pod容器的分类
1、基础容器（infrastructure container）
- 维护整个 Pod 网络和存储空间
- node 节点中操作
- 启动一个容器时，k8s会自动启动一个基础容器
2、初始化容器（init container）
Init 容器必须在应用程序容器启动之前运行完成，而应用程序容器是并行运行的，所以 Init 容器能够提供了一种简单的阻塞或延迟应用容器的启动的方法。Init 容器与普通的容器非常像，除了以下两点：
- Init 容器总是运行到成功完成为止
- 每个 Init 容器都必须在下一个 Init 容器启动之前成功完成启动和退出
如果 Pod 的 Init 容器失败，k8s 会不断地重启该 Pod，直到 Init 容器成功为止。然而，如果 Pod 对应的重启策略（restartPolicy）为 Never，它不会重新启动。
Init 的容器作用
因为 init 容器具有与应用容器分离的单独镜像，其启动相关代码具有如下优势：
Init 容器可以包含一些安装过程中应用容器中不存在的实用工具或个性化代码。例如，没有必要仅为了在安装过程中使用类似 sed、 awk、python 或 dig 这样的工具而去 FROM 一个镜像来生成一个新的镜像。
Init 容器可以安全地运行这些工具，避免这些工具导致应用镜像的安全性降低。
应用镜像的创建者和部署者可以各自独立工作，而没有必要联合构建一个单独的应用镜像。
Init 容器能以不同于 Pod 内应用容器的文件系统视图运行。因此，Init 容器可具有访问 Secrets的权限，而应用容器不能够访问。
由于 Init 容器必须在应用容器启动之前运行完成，因此 Init容器提供了一种机制来阻塞或延迟应用容器的启动，直到满足了一组先决条件。一旦前置条件满足，Pod 内的所有的应用容器会并行启动。
3、应用容器（main container）
应用容器会在 init 容器完成并退出后并行启动。
六、操作示例
下面的例子定义了一个具有 2 个 Init 容器的简单 Pod。 第一个等待 myservice 启动， 第二个等待 mydb 启动。 一旦这两个 Init容器 都启动完成，Pod 将启动 spec 节中的应用容器。
1、编写yaml 文件
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: myapp-pod
labels:
app: myapp
spec:
containers:
- name: myapp-container
image: busybox:1.28
command: ['sh','-c','echo The app is running! && sleep 3600']
initContainers:
- name: init-myservice
image: busybox:1.28
command: ['sh','-c','until nslookup myservice;do echo waiting for myservice; sleep2; done;']
- name: init-mydb
image: busybox:1.28
command: ['sh','-c','until nslookup mydb; do echo waiting for mydb; sleep 2; done;']
2、发布资源
kubectl apply -f myapp.yaml
kubectl get pod
3、查看pod创建过程
kubectl describe pod myapp-pod
发现开启 init-myservice 容器后，创建步骤停滞，查看 init-myservice 日志进一步查明原因。
4、查看pod日志
kubectl logs myapp-pod -c init-myservice
5、编写myservice.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: myservice
spec:
ports:
- protocol: TCP
port: 80
targetPort: 1111
6、发布myservice.yaml
kubectl create -f myservice.yaml
在此我们可以看到init变为了，1/2，但是pod还是没有完全拉起
7、编写mydb.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: mydb
spec:
ports:
- protocol: TCP
port: 80
targetPort: 2222
8、发布mydb.yaml
kubectl create -f mydb.yaml
kubectl get pod,svc
9、查看 myapp-pod 创建全过程
kubectl describe pod myapp-pod
创建过程中第一次停滞，是 init-myservice 容器启动后，未能发现 myservice 域名，无法得到解析，因此陷入循环。
第二次停滞，是 init-mydb 容器启动后，未能发现 mydb 域名，无法得到解析，因此再次陷入循环中。
在上述两个 init 容器成功并退出后，myapp-pod 才开始创建，否则 pod 无法创建。
小结
在 Pod 启动过程中，Init 容器会按顺序在网络和数据卷初始化之后启动。每个容器必须在下一个容器启动之前成功退出。
如果由于运行时或失败退出，将导致容器启动失败，它会根据 Pod 的 restartPolicy 指定的策略进行重试。然而，如果 Pod的 restartPolicy 设置为 Always，Init 容器失败时会使用 RestartPolicy 策略。
在所有的 Init 容器没有成功之前，Pod 将不会变成 Ready 状态。Init 容器的端口将不会在 Service中进行聚集。正在初始化中的 Pod 处于 Pending 状态，但应该会将 Initializing 状态设置为 true。
如果 Pod 重启，所有 Init 容器必须重新执行。
对 Init 容器 spec 的修改被限制在容器 image 字段，修改其他字段都不会生效。更改 Init 容器的 image字段，等价于重启该 Pod。
Init 容器具有应用容器的所有字段。除了 readinessProbe，因为 **Init容器无法定义不同于完成（completion）的就绪（readiness）之外的其他状态。**这会在验证过程中强制执行。
在 Pod 中的每个 app 和 Init 容器的名称必须唯一；与任何其它容器共享同一个名称，会在验证时抛出错误。
七、镜像拉取策略（imagePullPolicy）
Pod的核心是运行容器，必须指定容器引擎，比如Docker,启动容器时需要拉取镜像，k8s的镜像拉取策略可以由用户指定：
IfNotPresent:在镜像已经存在的情况下，kubelet将不再去拉取镜像，
仅当本地缺失时才会从仓库中拉取，默认的镜像拉取策略。
Alaways:每次创建Pod都会重新拉取一次镜像
Never:Pod不会主动拉取这个镜像，仅使用本地镜像。
注意：对于标签为latest的镜像文件，其默认的镜像获取策略即为Always；
而对于其他标签的镜像，其默认策略则为IfNotPresent。
1、使用always策略下载镜像
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: mypod
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx
imagePullPolicy: Always
发布
kubectl apply -f test.yaml
查看pod信息
修改pod名，并再次发布
2、使用IfNotPresent策略下载镜像
再次修改yaml文件，更改pod名与策略
再次发布，并查看pod2信息
kubectl describe pod mypod2
删除本地镜像，并再次修改yaml文件的pod名
在node节点删除镜像
3、使用Never策略，镜像拉取
删除本地镜像，再次修改yaml文件
八、私有仓库部署
使用harbor私有仓库存储镜像
需要在node节点设置私有仓库地址
在harbor仓库新建一个项目test，并上传一个镜像文件用于待会测试
在k8s的所有node节点上修改私有仓库地址
vim /etc/docker/daemon.json
{
"insecure-registries": ["192.168.58.19"]
}
systemctl daemon-reload
systemctl restart docker
#登录私有仓库，随便选择一个node节点进行登录
docker login 192.168.58.19
#查看登录凭据
cat .docker/config.json |base64 -w 0
制作harbor认证
在master节点创建yaml文件
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
name: registry-pull-secret
data:
.dockerconfigjson: ewoJImF1dGhzIjogewoJCSIxOTIuMTY4LjQ4LjEwIjogewoJCQkiYXV0aCI6ICJZV1J0YVc0NlNHRnlZbTl5TVRJek5EVT0iCgkJfQoJfQp9
type: kubernetes.io/dockerconfigjson
测试
编写一个nginx的yaml文件
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: nginx-deployment
labels:
app: nginx
spec:
replicas: 3
selector:
matchLabels:
app: nginx
template:
metadata:
labels:
app: nginx
spec:
imagePullSecrets:
- name: registry-pull-secret
containers:
- name: nginx
image: 192.168.58.19/test/nginx:v1
ports:
- containerPort: 80
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: nginx
spec:
type: NodePort
ports:
- port: 80
targetPort: 80
nodePort: 30080
selector:
app: nginx
在harbor仓库查看下载次数
打开浏览器进行访问
