深入解析Pod对象

Projected Volume

在k8s中有集中较为特殊的Volume，他们存在的意义不是为了存放容器里得数据，也不是用来进行容器和宿主机之间得 数据交换。这些特殊 Volume 的作用，是为容器提供预先定义好的数据。所以，从容器的角度来看，这些 Volume 里的信息就是仿佛是被 Kubernetes“投射”（Project）进入容器当中的。

K8s目前支持四种Projected Volume:

1. Secret
2. ConfigMap
3. Downward API
4. ServiceAccountToken

Secret
Secret的作用是将Pod想要访问的加密数据，存放到Etcd中。之后可以通过在Pod中挂载Volume的方式，访问这些Secret里保存的信息。
典型的使用场景是用于存放数据库的Credential信息，例子如下：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: test-projected-volume 
spec:
  containers:
  - name: test-secret-volume
    image: busybox
    args:
    - sleep
    - "86400"
    volumeMounts:
    - name: mysql-cred
      mountPath: "/projected-volume"
      readOnly: true
  volumes:
  - name: mysql-cred
    projected:
      sources:
      - secret:
          name: user
      - secret:
          name: pass

Pod挂载的Volume不是常见的emptyDir或者hostPath类型，而是projected类型。这个Volume的数据来源是名为user和pass的Secret对象，分别对应的是数据库的用户名和密码。

有两种方式可以创建Secret。使用 kubectl create secret ：

$ cat ./username.txt
admin
$ cat ./password.txt
c1oudc0w!

$ kubectl create secret generic user --from-file=./username.txt
$ kubectl create secret generic pass --from-file=./password.txt

查看Secret对象：

$ kubectl get secrets
NAME           TYPE                                DATA      AGE
user          Opaque                                1         51s
pass          Opaque                                1         51s

编写YAML文件创建Secret对象：

apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: mysecret
type: Opaque
data:
  user: YWRtaW4=
  pass: MWYyZDFlMmU2N2Rm

Secret 对象要求这些数据必须是经过 Base64 转码的，以免出现明文密码的安全隐患。这个转码操作也很简单，比如：

$ echo -n 'admin' | base64
YWRtaW4=
$ echo -n '1f2d1e2e67df' | base64
MWYyZDFlMmU2N2Rm

需要注意这样创建的Secret对象，里面的内容只是经过转码并没有被加密。但是想这样通过挂载方式进入到容器里的 Secret，一旦其对应的 Etcd 里的数据被更新，这些 Volume 里的文件内容，同样也会被更新。其实，这是 kubelet 组件在定时维护这些 Volume。

ConfigMap
与 Secret 类似的是 ConfigMap，它与 Secret 的区别在于，ConfigMap 保存的是不需要加密的、应用所需的配置信息。而 ConfigMap 的用法几乎与 Secret 完全相同：你可以使用 kubectl create configmap 从文件或者目录创建 ConfigMap，也可以直接编写 ConfigMap 对象的 YAML 文件。

比如，一个 Java 应用所需的配置文件（.properties 文件），就可以通过下面这样的方式保存在 ConfigMap 里：

# .properties文件的内容
$ cat example/ui.properties
color.good=purple
color.bad=yellow
allow.textmode=true
how.nice.to.look=fairlyNice

# 从.properties文件创建ConfigMap
$ kubectl create configmap ui-config --from-file=example/ui.properties

# 查看这个ConfigMap里保存的信息(data)
$ kubectl get configmaps ui-config -o yaml
apiVersion: v1
data:
  ui.properties: |
    color.good=purple
    color.bad=yellow
    allow.textmode=true
    how.nice.to.look=fairlyNice
kind: ConfigMap
metadata:
  name: ui-config
  ...

备注：kubectl get -o yaml 这样的参数，会将指定的 Pod API 对象以 YAML 的方式展示出来。

Downward API
它的作用是：让 Pod 里的容器能够直接获取到这个 Pod API 对象本身的信息。
举个例子：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: test-downwardapi-volume
  labels:
    zone: us-est-coast
    cluster: test-cluster1
    rack: rack-22
spec:
  containers:
    - name: client-container
      image: k8s.gcr.io/busybox
      command: ["sh", "-c"]
      args:
      - while true; do
          if [[ -e /etc/podinfo/labels ]]; then
            echo -en '\n\n'; cat /etc/podinfo/labels; fi;
          sleep 5;
        done;
      volumeMounts:
        - name: podinfo
          mountPath: /etc/podinfo
          readOnly: false
  volumes:
    - name: podinfo
      projected:
        sources:
        - downwardAPI:
            items:
              - path: "labels"
                fieldRef:
                  fieldPath: metadata.labels

通过这样的声明方式，当前 Pod 的 Labels 字段的值，就会被 Kubernetes 自动挂载成为容器里的 /etc/podinfo/labels 文件。

不过，需要注意的是，Downward API 能够获取到的信息，一定是 Pod 里的容器进程启动之前就能够确定下来的信息。而如果你想要获取 Pod 容器运行后才会出现的信息，比如，容器进程的 PID，那就肯定不能使用 Downward API 了，而应该考虑在 Pod 里定义一个 sidecar 容器。

ServiceAccountToken
像这样的 Service Account 的授权信息和文件，实际上保存在它所绑定的一个特殊的 Secret 对象里的。这个特殊的 Secret 对象，就叫作 ServiceAccountToken。任何运行在 Kubernetes 集群上的应用，都必须使用这个 ServiceAccountToken 里保存的授权信息，也就是 Token，才可以合法地访问 API Server。

容器的健康检查和恢复机制

在 Kubernetes 中，你可以为 Pod 里的容器定义一个健康检查“探针”（Probe）。这样，kubelet 就会根据这个 Probe 的返回值决定这个容器的状态，而不是直接以容器进行是否运行（来自 Docker 返回的信息）作为依据。这种机制，是生产环境中保证应用健康存活的重要手段。

看个例子：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
    test: liveness
  name: test-liveness-exec
spec:
  containers:
  - name: liveness
    image: busybox
    args:
    - /bin/sh
    - -c
    - touch /tmp/healthy; sleep 30; rm -rf /tmp/healthy; sleep 600
    livenessProbe:
      exec:
        command:
        - cat
        - /tmp/healthy
      initialDelaySeconds: 5
      periodSeconds: 5

我们定义了一个这样的 livenessProbe（健康检查）。它的类型是 exec，这意味着，它会在容器启动后，在容器里面执行一句我们指定的命令，比如：“cat /tmp/healthy”。这时，如果这个文件存在，这条命令的返回值就是 0，Pod 就会认为这个容器不仅已经启动，而且是健康的。这个健康检查，在容器启动 5 s 后开始执行（initialDelaySeconds: 5），每 5 s 执行一次（periodSeconds: 5）。

当容器出现异常，查看Pod的状态：

$ kubectl get pod test-liveness-exec
NAME           READY     STATUS    RESTARTS   AGE
liveness-exec   1/1       Running   1          1m

这时我们发现，Pod 并没有进入 Failed 状态，而是保持了 Running 状态。这是为什么呢？

其实，如果你注意到 RESTARTS 字段从 0 到 1 的变化，就明白原因了：这个异常的容器已经被 Kubernetes 重启了。在这个过程中，Pod 保持 Running 状态不变。

这个功能就是 Kubernetes 里的 Pod 恢复机制，也叫 restartPolicy。它是 Pod 的 Spec 部分的一个标准字段（pod.spec.restartPolicy），默认值是 Always，即：任何时候这个容器发生了异常，它一定会被重新创建。

我们可以通过设置 restartPolicy，改变 Pod 的恢复策略。除了Always，它还有 OnFailure 和 Never 两种情况：

1. Always：在任何情况下，只要容器不在运行状态，就自动重启容器；
2. OnFailure: 只在容器 异常时才自动重启容器；
3. Never: 从来不重启容器。

restartPolicy和Pod里容器状态的关系可以简单的总结为：

1. 只要 Pod 的 restartPolicy 指定的策略允许重启异常的容器（比如：Always），那么这个 Pod 就会保持 Running 状态，并进行容器重启。否则，Pod 就会进入 Failed 状态 。
2. 对于包含多个容器的 Pod，只有它里面所有的容器都进入异常状态后，Pod 才会进入 Failed 状态。在此之前，Pod 都是 Running 状态。此时，Pod 的 READY 字段会显示正常容器的个数，比如：

$ kubectl get pod test-liveness-exec
NAME           READY     STATUS    RESTARTS   AGE
liveness-exec   0/1       Running   1          1m

所以，假如一个 Pod 里只有一个容器，然后这个容器异常退出了。那么，只有当 restartPolicy=Never 时，这个 Pod 才会进入 Failed 状态。而其他情况下，由于 Kubernetes 都可以重启这个容器，所以 Pod 的状态保持 Running 不变。

而如果这个 Pod 有多个容器，仅有一个容器异常退出，它就始终保持 Running 状态，哪怕即使 restartPolicy=Never。只有当所有容器也异常退出之后，这个 Pod 才会进入 Failed 状态。

在 Kubernetes 的 Pod 中，还有一个叫 readinessProbe 的字段。虽然它的用法与 livenessProbe 类似，但作用却大不一样。readinessProbe 检查结果的成功与否，决定的这个 Pod 是不是能被通过 Service 的方式访问到，而并不影响 Pod 的生命周期。

PodPreset

开发人员只需要提交一个基本的、非常简单的 Pod YAML，Kubernetes 就可以自动给对应的 Pod 对象加上其他必要的信息，比如 labels，annotations，volumes 等等。而这些信息，可以是运维人员事先定义好的。

举个例子，现在开发人员编写了如下一个 pod.yaml 文件：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: website
  labels:
    app: website
    role: frontend
spec:
  containers:
    - name: website
      image: nginx
      ports:
        - containerPort: 80

运维人员就可以定义一个 PodPreset 对象。在这个对象中，凡是他想在开发人员编写的 Pod 里追加的字段，都可以预先定义好。比如这个 preset.yaml：

apiVersion: settings.k8s.io/v1alpha1
kind: PodPreset
metadata:
  name: allow-database
spec:
  selector:
    matchLabels:
      role: frontend
  env:
    - name: DB_PORT
      value: "6379"
  volumeMounts:
    - mountPath: /cache
      name: cache-volume
  volumes:
    - name: cache-volume
      emptyDir: {}

接下来，我们假定运维人员先创建了这个 PodPreset，然后开发人员才创建 Pod：

$ kubectl create -f preset.yaml
$ kubectl create -f pod.yaml

这时，Pod 运行起来之后，我们查看一下这个 Pod 的 API 对象：

$ kubectl get pod website -o yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: website
  labels:
    app: website
    role: frontend
  annotations:
    podpreset.admission.kubernetes.io/podpreset-allow-database: "resource version"
spec:
  containers:
    - name: website
      image: nginx
      volumeMounts:
        - mountPath: /cache
          name: cache-volume
      ports:
        - containerPort: 80
      env:
        - name: DB_PORT
          value: "6379"
  volumes:
    - name: cache-volume
      emptyDir: {}

PodPreset 里定义的内容，只会在 Pod API 对象被创建之前追加在这个对象本身上，而不会影响任何 Pod 的控制器的定义。

比如，我们现在提交的是一个 nginx-deployment，那么这个 Deployment 对象本身是永远不会被 PodPreset 改变的，被修改的只是这个 Deployment 创建出来的所有 Pod。这一点请务必区分清楚。

这里有一个问题：如果你定义了同时作用于一个 Pod 对象的多个 PodPreset，会发生什么呢？实际上，Kubernetes 项目会帮你合并（Merge）这两个 PodPreset 要做的修改。而如果它们要做的修改有冲突的话，这些冲突字段就不会被修改。