K8S 三种探针 readinessProbe、livenessProbe和startupProbe

一、POD状态

Pod 常见的状态

Pending：挂起，我们在请求创建pod时，条件不满足，调度没有完成，没有任何一个节点能满足调度条件。已经创建了但是没有适合它运行的节点叫做挂起，这其中也包含集群为容器创建网络，或者下载镜像的过程。    

Running：Pod内所有的容器都已经被创建，且至少一个容器正在处于运行状态、正在启动状态或者重启状态。    

Succeeded：Pod中所以容器都执行成功后退出，并且没有处于重启的容器。

Failed：Pod中所以容器都已退出，但是至少还有一个容器退出时为失败状态。
Unknown：未知状态，所谓pod是什么状态是apiserver和运行在pod节点的kubelet进行通信获取状态信息的，如果节点之上的kubelet本身出故障，那么apiserver就连不上kubelet，得不到信息了，就会看Unknown

Pod重启策略

Always:      只要容器失效退出就重新启动容器。
OnFailure:  当容器以非正常退出后重新启动容器。
Never:        无论容器状态如何，都不重新启动容器。

如果pod的restartpolicy没有设置，那么默认值是Always。

Pod常见状态转换场景

二、就绪、存活两种探针

K8S 提供了3种探针

• readinessProbe
• livenessProbe
• startupProbe（这个1.16版本增加的）

探针介绍

在 Kubernetes 中 Pod 是最小的计算单元，而一个 Pod 又由多个容器组成，相当于每个容器就是一个应用，应用在运行期间，可能因为某也意外情况致使程序挂掉。那么如何监控这些容器状态稳定性，保证服务在运行期间不会发生问题，发生问题后进行重启等机制，就成为了重中之重的事情，考虑到这点 kubernetes 推出了活性探针机制。有了存活性探针能保证程序在运行中如果挂掉能够自动重启，但是还有个经常遇到的问题，比如说，在Kubernetes 中启动Pod，显示明明Pod已经启动成功，且能访问里面的端口，但是却返回错误信息。还有就是在执行滚动更新时候，总会出现一段时间，Pod对外提供网络访问，但是访问却发生404，这两个原因，都是因为Pod已经成功启动，但是 Pod 的的容器中应用程序还在启动中导致，考虑到这点Kubernetes推出了就绪性探针机制。

1、livenessProbe

livenessProbe：存活性探针，用于判断容器是不是健康，如果不满足健康条件，那么 Kubelet 将根据 Pod 中设置的 restartPolicy （重启策略）来判断，Pod 是否要进行重启操作。LivenessProbe按照配置去探测 ( 进程、或者端口、或者命令执行后是否成功等等)，来判断容器是不是正常。如果探测不到，代表容器不健康（可以配置连续多少次失败才记为不健康），则 kubelet 会杀掉该容器，并根据容器的重启策略做相应的处理。如果未配置存活探针，则默认容器启动为通过（Success）状态。即探针返回的值永远是 Success。即Success后pod状态是RUNING

2、readinessProbe

readinessProbe 就绪性探针，用于判断容器内的程序是否存活（或者说是否健康），只有程序(服务)正常， 容器开始对外提供网络访问（启动完成并就绪）。容器启动后按照readinessProbe配置进行探测，无问题后结果为成功即状态为 Success。pod的READY状态为 true，从0/1变为1/1。如果失败继续为0/1，状态为 false。若未配置就绪探针，则默认状态容器启动后为Success。对于此pod、此pod关联的Service资源、EndPoint 的关系也将基于 Pod 的 Ready 状态进行设置，如果 Pod 运行过程中 Ready 状态变为 false，则系统自动从 Service资源 关联的 EndPoint 列表中去除此pod，届时service资源接收到GET请求后，kube-proxy将一定不会把流量引入此pod中，通过这种机制就能防止将流量转发到不可用的 Pod 上。如果 Pod 恢复为 Ready 状态。将再会被加回 Endpoint 列表。kube-proxy也将有概率通过负载机制会引入流量到此pod中。

3、就绪、存活两种探针的区别

ReadinessProbe 和 livenessProbe 可以使用相同探测方式，只是对 Pod 的处置方式不同：
readinessProbe 当检测失败后，将 Pod 的 IP:Port 从对应的 EndPoint 列表中删除。
livenessProbe 当检测失败后，将杀死容器并根据 Pod 的重启策略来决定作出对应的措施。

4、就绪、存活两种探针的使用方法

目前 LivenessProbe 和 ReadinessProbe 两种探针都支持下面三种探测方法：

ExecAction：在容器中执行指定的命令，如果执行成功，退出码为 0 则探测成功。
HTTPGetAction：通过容器的IP地址、端口号及路径调用 HTTP Get方法，如果响应的状态码大于等于200且小于400，则认为容器 健康。
TCPSocketAction：通过容器的 IP 地址和端口号执行 TCP 检 查，如果能够建立 TCP 连接，则表明容器健康。

探针探测结果有以下值：
Success：表示通过检测。
Failure：表示未通过检测。
Unknown：表示检测没有正常进行。

LivenessProbe 和 ReadinessProbe 两种探针的相关属性

探针(Probe)有许多可选字段，可以用来更加精确的控制Liveness和Readiness两种探针的行为(Probe)：

initialDelaySeconds：容器启动后要等待多少秒后就探针开始工作，单位“秒”，默认是 0 秒，最小值是 0
periodSeconds：执行探测的时间间隔（单位是秒），默认为 10s，单位“秒”，最小值是 1
timeoutSeconds：探针执行检测请求后，等待响应的超时时间，默认为 1s，单位“秒”，最小值是 1
successThreshold：探针检测失败后认为成功的最小连接成功次数，默认为 1s，在 Liveness 探针中必须为 1s，最小值为 1s。
failureThreshold：探测失败的重试次数，重试一定次数后将认为失败，在 readiness 探针中，Pod会被标记为未就绪，默认为 3s，最小值为 1s

注：initialDelaySeconds在readinessProbe其实可以不用配置，不配置默认pod刚启动，开始进行readinessProbe探测，但那有怎么样，除了
startupProbe，readinessProbe、livenessProbe运行在pod的整个生命周期，刚启动的时候readinessProbe检测失败了，只不过显示READY状
态一直是0/1，readinessProbe失败并不会导致重启pod，只有startupProbe、livenessProbe失败才会重启pod。而等到多少s后，真正服务启动
后，检查success成功后，READY状态自然正常

5、探针使用示例

5.1、LivenessProbe 探针使用示例

（1）、通过exec方式做健康探测

  [root@localhost ~]# vi liveness-exec.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: liveness-exec
  labels:
    app: liveness
spec:
  containers:
  - name: liveness
    image: busybox
    args:                       #创建测试探针探测的文件
    - /bin/sh
    - -c
    - touch /tmp/healthy; sleep 30; rm -rf /tmp/healthy; sleep 600
    livenessProbe:
      initialDelaySeconds: 10   #延迟检测时间
      periodSeconds: 5          #检测时间间隔
      exec:                     #使用命令检查
        command:                #指令，类似于运行命令sh
        - cat                   #sh 后的第一个内容，直到需要输入空格，变成下一行
        - /tmp/healthy          #由于不能输入空格，需要另外声明，结果为sh cat"空格"/tmp/healthy

# 解释整体意思：
容器在初始化后，执行（/bin/sh -c "touch /tmp/healthy; sleep 30; rm -rf /tmp/healthy; sleep 600"）首先创建一个 /tmp/healthy 文件，然后执行睡眠命令，睡眠 30 秒，到时间后执行删除 /tmp/healthy 文件命令。而设置的存活探针检检测方式为执行 shell 命令，用 cat 命令输出 healthy 文件的内容，如果能成功执行这条命令一次(默认successThreshold:1)，存活探针就认为探测成功，由于没有配置(failureThreshold、timeoutSeconds)，所以执行（cat /tmp/healthy）并只等待1s，如果1s内执行后返回失败，探测失败。在前 30 秒内，由于文件存在，所以存活探针探测时执行 cat /tmp/healthy 命令成功执行。30 秒后 healthy 文件被删除，所以执行命令失败，Kubernetes 会根据 Pod 设置的重启策略来判断，是否重启 Pod。

（2）、通过HTTP方式做健康探测

  httpGet探测方式有如下可选的控制字段:

scheme: 用于连接host的协议，默认为HTTP。
host：要连接的主机名，默认为Pod IP，可以在http request head中设置host头部。
port：容器上要访问端口号或名称。
path：http服务器上的访问URI。
httpHeaders：自定义HTTP请求headers，HTTP允许重复headers。

  [root@localhost ~]# vi liveness-http.yaml   # 通过httpGet访问url

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: liveness-http
  labels:
    test: liveness
spec:
  containers:
  - name: liveness
    image: mydlqclub/springboot-helloworld:0.0.1
    livenessProbe:
      failureThreshold: 5       #检测失败5次表示未就绪
      initialDelaySeconds: 20   #延迟加载时间
      periodSeconds: 10          #重试时间间隔
      timeoutSeconds: 5         #超时时间设置
      successThreshold: 2       #检查成功为2次表示就绪
      httpGet:
        scheme: HTTP
        port: 8081
        path: /actuator/health

# 解释整体意思：
上面 Pod 中启动的容器是一个 SpringBoot 应用，其中引用了 Actuator 组件，提供了 /actuator/health 健康检查地址，在pod启动后，初始化等待20s后，livenessProbe开始工作，去请求HTTP://podIP:8081/actuator/health 接口，类似于curl -I HTTP://podIP:8081/actuator/health接口,考虑到请求会有延迟(curl -I后一直出现假死状态)，所以给这次请求操作一直持续5s，如果5s内访问返回数值在>=200且<=400代表第一次检测success，如果是其他的数值，或者5s后还是假死状态，执行类似（ctrl+c）中断，并反回failure失败。等待10s后，再一次的去请求HTTP://podIP:8081/actuator/health接口。如果有连续的2次都是success，代表无问题。如果期间有连续的5次都是failure，代表有问题，直接重启pod，此操作会伴随pod的整个生命周期

通过自定义HTTP请求headers

    livenessProbe:
      failureThreshold: 5       #检测失败5次表示未就绪
      initialDelaySeconds: 20   #延迟加载时间
      periodSeconds: 10         #重试时间间隔
      timeoutSeconds: 5         #超时时间设置
      successThreshold: 2       #检查成功为2次表示就绪
      httpGet:
        port: 8080
        path: /health
        httpHeaders:
        - name: end-user
        - value: Jason

（3）、通过TCP方式做健康探测

  [root@localhost ~]# vi liveness-tcp.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: liveness-tcp
  labels:
    app: liveness
spec:
  containers:
  - name: liveness
    image: nginx
    livenessProbe:
      initialDelaySeconds: 15
      periodSeconds: 20
      tcpSocket:
        port: 80

# 解释整体意思：
TCP 检查方式和 HTTP 检查方式非常相似，在容器启动 initialDelaySeconds 参数设定的时间后，kubelet 将发送第一个 livenessProbe 探针，尝试连接容器的 80 端口，类似于telnet 80端口，如果连接失败则将杀死 Pod 重启容器。

5.2、ReadinessProbe 探针使用示例

(1)、Pod 的ReadinessProbe 探针使用方式和 LivenessProbe 探针探测方法一样，也是支持三种，只是一个是用于探测应用的存活，一个是判断是否对外提供流量的条件。这里用一个 Springboot 项目，设置 ReadinessProbe 探测 SpringBoot 项目的 8081 端口下的 /actuator/health 接口，如果探测成功则代表内部程序以及启动，就开放对外提供接口访问，否则内部应用没有成功启动，暂不对外提供访问，直到就绪探针探测成功。顺便书写service资源查看调度规则。

[root@localhost ~]# vi readiness-exec.yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: springboot
  labels:
    app: springboot
spec:
  type: NodePort
  ports:
  - name: server
    port: 8080
    targetPort: 8080
    nodePort: 31180
  - name: management
    port: 8081
    targetPort: 8081
    nodePort: 31181
  selector:
    app: springboot
---
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: springboot
  labels:
    app: springboot
spec:
  containers:
  - name: springboot
    image: mydlqclub/springboot-helloworld:0.0.1
    ports:
    - name: server
      containerPort: 8080
    - name: management
      containerPort: 8081
    readinessProbe:
      initialDelaySeconds: 20   
      periodSeconds: 5          
      timeoutSeconds: 10   
      httpGet:
        scheme: HTTP
        port: 8081
        path: /actuator/health

(2)、ReadinessProbe + LivenessProbe 配合使用示例
一般程序中需要设置两种探针结合使用，并且也要结合实际情况，来配置初始化检查时间和检测间隔，下面列一个简单的 SpringBoot 项目的 Deployment 例子。

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: springboot
  labels:
    app: springboot
spec:
  type: NodePort
  ports:
  - name: server
    port: 8080
    targetPort: 8080
    nodePort: 31180
  - name: management
    port: 8081
    targetPort: 8081
    nodePort: 31181
  selector:
    app: springboot
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: springboot
  labels:
    app: springboot
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: springboot
  template:
    metadata:
      name: springboot
      labels:
        app: springboot
    spec:
      containers:
      - name: readiness
        image: mydlqclub/springboot-helloworld:0.0.1
        ports:
        - name: server 
          containerPort: 8080
        - name: management
          containerPort: 8081
        readinessProbe:
          initialDelaySeconds: 20 
          periodSeconds: 5      
          timeoutSeconds: 10        
          httpGet:
            scheme: HTTP
            port: 8081
            path: /actuator/health
          livenessProbe:
            initialDelaySeconds: 30 
            periodSeconds: 10 
            timeoutSeconds: 5 
            httpGet:
              scheme: HTTP
              port: 8081
              path: /actuator/health

(3)、注意terminationGracePeriodSeconds不能用于就绪态探针（readinessProbe），如果将它应用于readinessProbe将会被APIserver接口所拒绝

----------------------------------
livenessProbe:
httpGet:
  path: /healthz
  port: liveness-port
failureThreshold: 1                
periodSeconds: 60                  
terminationGracePeriodSeconds: 60  # 宽限时间60s
----------------------------------

三、startupProbe探针

1、startupProbe探针介绍

k8s 在1.16版本后增加startupProbe探针，主要解决在复杂的程序中readinessProbe、livenessProbe探针无法更好的判断程序是否启动、是否存活。进而引入startupProbe探针为readinessProbe、livenessProbe探针服务。

2、startupProbe探针与另两种区别

如果三个探针同时存在，先执行startupProbe探针，其他两个探针将会被暂时禁用，直到pod满足startupProbe探针配置的条件，其他2个探针启动，如果不满足按照规则重启容器

另外两种探针在容器启动后，会按照配置，直到容器消亡才停止探测，而startupProbe探针只是在容器启动后按照配置满足一次后，不在进行后续的探测。

3、startupProbe探针方法、属性

startupProbe探针的使用方法跟 ReadinessProbe 和 livenessProbe 相同，对 Pod 的处置跟livenessProbe 方式相同，失败重启。

ExecAction：在容器中执行指定的命令，如果执行成功，退出码为 0 则探测成功。
HTTPGetAction：通过容器的IP地址、端口号及路径调用 HTTP Get方法，如果响应的状态码大于等于200且小于400，则认为容器 健康。
TCPSocketAction：通过容器的 IP 地址和端口号执行 TCP 检 查，如果能够建立 TCP 连接，则表明容器健康。
 
探针探测结果有以下值：
Success：表示通过检测。
Failure：表示未通过检测。
Unknown：表示检测没有正常进行。

startupProbe探针属性跟 ReadinessProbe 和 livenessProbe 相同

initialDelaySeconds：容器启动后要等待多少秒后就探针开始工作，单位“秒”，默认是 0 秒，最小值是 0
periodSeconds：执行探测的时间间隔（单位是秒），默认为 10s，单位“秒”，最小值是 1
timeoutSeconds：探针执行检测请求后，等待响应的超时时间，默认为 1s，单位“秒”，最小值是 1
successThreshold：探针检测失败后认为成功的最小连接成功次数，默认为 1s，在 Liveness 探针中必须为 1s，最小值为 1s。
failureThreshold：探测失败的重试次数，重试一定次数后将认为失败，在 readiness 探针中，Pod会被标记为未就绪，默认为 3s，最小值为 1s

注：在startupProbe执行完之后，其他2种探针的所有配置才全部启动，相当于容器刚启动的时候，所以其他2种探针如果配置了initialDelaySeconds，建议不要给太长

4、为什么要使用startupProbe、使用场景

思考：startupProbe官方的解释（可以定义一个启动探针，该探针将推迟所有其他探针，直到 Pod 完成启动为止），startupProbe 启动探针存在的意义是不是： 如果服务A启动需要1分钟 ，我们存活探针探测的时候设置的是initialDelaySeconds 10s后开始探测，然后她探测的时候发现服务不正常，然后就开始重启Pod陷入死循环，但是如果意义在这个地方，那我们可以把探测时间调整大一点，failureThreshold 把这个也多设置几次就行了啊。 为什么还要单独的设置一个satrtupProbe呢

startupProbe的存在意义？

startupProbe 和 livenessProbe 最大的区别就是startupProbe在探测成功之后就不会继续探测了，而livenessProbe在pod的生命周期中一直在探测。

如果没有startupProbe探针的话我们只设置livenessProbe探针话会存在如下问题： 一个服务如果前期启动需要很长时间，那么它后面死亡未被发现的时间就越长，为什么会这么说呢？假设我们一个服务A启动完成需要2分钟，那么我们如下开始定义livenessProbe

livenessProbe:
  httpGet:
    path: /test
    prot: 80
failureThreshold: 1
initialDelay：5
periodSeconds: 5

如果我们这样定义的话，那pod 5s就会根据重启策略进行一次重启，这个时候你会发现pod一直会陷入死循环，那我们可以按照上面的猜想把配置改成这样

livenessProbe:
  httpGet:
    path: /test
    prot: 80
failureThreshold: 6
initialDelay：40
periodSeconds: 5

你肯定会说你看这样不就行了吗？这样的话pod就不会陷入死循环能启动起来了，确实这样pod能够启动起来了，但是你有没有考虑过这样一个问题，当我们启动完成之后，在后期的探测中，你需要6*5=30s才能发现这个pod不可用，这个时候你的服务已经停止运行了30s你才发现，这在生产中有可能是不会被原谅的。
还有就是这边只是我们假设一个服务A需要1分钟才能起来，但是在实际生产中你如何定义这些值呢？？？
针对上面这两个问题引入startupProbe之后都解决了

livenessProbe:
  httpGet:
    path: /test
    prot: 80
failureThreshold: 1
initialDelay：5
periodSeconds: 5

startupProbe:
  httpGet:
    path: /test
    prot: 80
failureThreshold: 60
initialDelay：5
periodSeconds: 5

我们这样设置之后，由于startupProbe探针的存在，程序有605s=300s的启动时间，一旦startupProbe探针探测成功之后，就会被livenessProbe接管，这样在运行中出问题livenessProbe就能在15=5s内发现。如果启动探测是3分钟内还没有探测成功，则接受Pod的重启策略进行重启。