kubernetes之pod详解
pod详解
文章目录
- pod详解
-
- Pod生命周期
-
- 一、创建和终止
- 二、 初始化容器
- Pod调度
-
- 定向调度
- 亲和性调度
- 污点和容忍
Pod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（相位），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
一、创建和终止
pod的创建过程
1、用户通过kubectl或其他api客户端提交需要创建的pod信息给apiServer
2、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
3、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
4、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apiServer
5、node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apiServer
6、apiServer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
- 节点控制器监控到pod对象的关闭行为时将其从所有匹配到此节点的service资源的节点列表中移除
- 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
二、 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：
1、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
2、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(192.168.89.151)和redis(192.168.89.10)服务器的地址
创建pod-initcontainer.yaml，内容如下：
[root@master ~]# vim pod-initcontainer.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-initcontainer
namespace: dev
spec:
containers:
- name: main-container
image: nginx:1.17.1
ports:
- name: nginx-port
containerPort: 80
initContainers:
- name: test-mysql
image: busybox:1.30
command: ['sh', '-c', 'until ping 192.168.89.151 -c 1 ; do echo waiting for mysql...; sleep 2; done;']
- name: test-redis
image: busybox:1.30
command: ['sh', '-c', 'until ping 192.168.89.10 -c 1 ; do echo waiting for reids...; sleep 2; done;']
# 创建pod
[root@master ~]# kubectl create -f pod-initcontainer.yaml
pod/pod-initcontainer created
# 查看pod状态# 发现pod卡在启动第一个初始化容器过程中，后面的容器不会运行
root@master ~]# kubectl describe pod pod-initcontainer -n dev
........Events:
Type Reason Age From Message
---- ------ ---- ---- -------
Normal Scheduled 1m49s default-scheduler Successfully assigned dev/pod-initcontainer to node1
Normal Pulled 1m40s kubelet, node1 Container image "busybox:1.30" already present on machine
Normal Created 50s kubelet, node1 Created container test-mysql
Normal Started 55s kubelet, node1 Started container test-mysql
# 动态查看pod
[root@-master ~]# kubectl get pods pod-initcontainer -n dev -w
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
pod-initcontainer 0/1 Init:0/2 0 95s
pod-initcontainer 0/1 Init:1/2 0 92s
pod-initcontainer 0/1 Init:1/2 0 93s
pod-initcontainer 0/1 PodInitializing 0 2m9s
pod-initcontainer 1/1 Running 0 2m10s
# 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
[root@master ~]# ifconfig ens36:1 192.168.5.14 netmask 255.255.255.0 up
[root@master ~]# ifconfig ens36:2 192.168.5.15 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
lifecycle:
postStart:
exec:
command:
- cat
- /tmp/healthy
TCPSocket：在当前容器尝试访问指定的socket
lifecycle:
postStart:
tcpSocket:
port: 8080
HTTPGet：在当前容器中向某url发起http请求
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
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命令：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
livenessProbe:
exec:
command:
- cat
- /tmp/healthy
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
livenessProbe:
tcpSocket:
port: 8080
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
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
重启策略
在上一节中，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。
[root@master ~]# pod-restartpolicy.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-restartpolicy
namespace: dev
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.17.1
ports:
- name: nginx-port
containerPort: 80
livenessProbe:
httpGet:
scheme: HTTP
port: 80
path: /hello
restartPolicy: Never # 设置重启策略为Never
# 创建Pod
[root@master ~]# kubectl create -f pod-restartpolicy.yaml
pod/pod-restartpolicy created
# 查看Pod详情，发现nginx容器失败
[root@master ~]# kubectl describe pods pod-restartpolicy -n dev
......
Warning Unhealthy 15s (x3 over 45s) kubelet, node1 Liveness probe failed: HTTP probe failed with statuscode: 404
Normal Killing 15s kubelet, node1 Container nginx failed liveness probe
# 多等一会，再观察pod的重启次数，发现一直是0，并未重启
[root@master ~]# kubectl get pods pod-restartpolicy -n dev
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
pod-restartpolicy 0/1 Running 0 4min32s
Pod调度
在默认情况下，一个Pod在哪个Node节点上运行，是由Scheduler组件采用相应的算法计算出来的，这个过程是不受人工控制的。但是在实际使用中，这并不满足的需求，因为很多情况下，我们想控制某些Pod到达某些节点上，那么应该怎么做呢？这就要求了解kubernetes对Pod的调度规则，kubernetes提供了四大类调度方式：
- 自动调度：运行在哪个节点上完全由Scheduler经过一系列的算法计算得出
- 定向调度：NodeName、NodeSelector
- 亲和性调度：NodeAffinity、PodAffinity、PodAntiAffinity
- 污点（容忍）调度：Taints、Toleration
定向调度
定向调度，指的是利用在pod上声明nodeName或者nodeSelector，以此将Pod调度到期望的node节点上。注意，这里的调度是强制的，这就意味着即使要调度的目标Node不存在，也会向上面进行调度，只不过pod运行失败而已。
NodeName
NodeName用于强制约束将Pod调度到指定的Name的Node节点上。这种方式，其实是直接跳过Scheduler的调度逻辑，直接将Pod调度到指定名称的节点。
NodeSelector
NodeSelector用于将pod调度到添加了指定标签的node节点上。它是通过kubernetes的label-selector机制实现的，也就是说，在pod创建之前，会由scheduler使用MatchNodeSelector调度策略进行label匹配，找出目标node，然后将pod调度到目标节点，该匹配规则是强制约束。
亲和性调度
上一节，介绍了两种定向调度的方式，使用起来非常方便，但是也有一定的问题，那就是如果没有满足条件的Node，那么Pod将不会被运行，即使在集群中还有可用Node列表也不行，这就限制了它的使用场景。
基于上面的问题，kubernetes还提供了一种亲和性调度（Affinity）。它在NodeSelector的基础之上的进行了扩展，可以通过配置的形式，实现优先选择满足条件的Node进行调度，如果没有，也可以调度到不满足条件的节点上，使调度更加灵活。
Affinity主要分为三类：
- nodeAffinity(node亲和性）: 以node为目标，解决pod可以调度到哪些node的问题
- podAffinity(pod亲和性) : 以pod为目标，解决pod可以和哪些已存在的pod部署在同一个拓扑域中的问题
- podAntiAffinity(pod反亲和性) : 以pod为目标，解决pod不能和哪些已存在pod部署在同一个拓扑域中的问题
关于亲和性(反亲和性)使用场景的说明：
亲和性：如果两个应用频繁交互，那就有必要利用亲和性让两个应用的尽可能的靠近，这样可以减少因网络通信而带来的性能损耗。
反亲和性：当应用的采用多副本部署时，有必要采用反亲和性让各个应用实例打散分布在各个node上，这样可以提高服务的高可用性。
NodeAffinity
首先来看一下NodeAffinity的可配置项：
pod.spec.affinity.nodeAffinity
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution Node节点必须满足指定的所有规则才可以，相当于硬限制
nodeSelectorTerms 节点选择列表
matchFields 按节点字段列出的节点选择器要求列表
matchExpressions 按节点标签列出的节点选择器要求列表(推荐)
key 键
values 值
operator 关系符 支持Exists, DoesNotExist, In, NotIn, Gt, Lt
preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 优先调度到满足指定的规则的Node，相当于软限制 (倾向)
preference 一个节点选择器项，与相应的权重相关联
matchFields 按节点字段列出的节点选择器要求列表
matchExpressions 按节点标签列出的节点选择器要求列表(推荐)
key 键
values 值
operator 关系符 支持In, NotIn, Exists, DoesNotExist, Gt, Lt
weight 倾向权重，在范围1-100。
关系符的使用说明:
- matchExpressions:
- key: nodeenv # 匹配存在标签的key为nodeenv的节点
operator: Exists
- key: nodeenv # 匹配标签的key为nodeenv,且value是"xxx"或"yyy"的节点
operator: In
values: ["xxx","yyy"]
- key: nodeenv # 匹配标签的key为nodeenv,且value大于"xxx"的节点
operator: Gt
values: "xxx"
PodAffinity
PodAffinity主要实现以运行的Pod为参照，实现让新创建的Pod跟参照pod在一个区域的功能。
首先来看一下PodAffinity的可配置项：
pod.spec.affinity.podAffinity
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 硬限制
namespaces 指定参照pod的namespace
topologyKey 指定调度作用域
labelSelector 标签选择器
matchExpressions 按节点标签列出的节点选择器要求列表(推荐)
key 键
values 值
operator 关系符 支持In, NotIn, Exists, DoesNotExist.
matchLabels 指多个matchExpressions映射的内容
preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 软限制
podAffinityTerm 选项
namespaces
topologyKey
labelSelector
matchExpressions
key 键
values 值
operator
matchLabels
weight 倾向权重，在范围1-100
topologyKey用于指定调度时作用域,例如:
如果指定为kubernetes.io/hostname，那就是以Node节点为区分范围
如果指定为beta.kubernetes.io/os,则以Node节点的操作系统类型来区分
PodAntiAffinity
PodAntiAffinity主要实现以运行的Pod为参照，让新创建的Pod跟参照pod不在一个区域中的功能。
它的配置方式和选项跟PodAffinty是一样的。
污点和容忍
污点（Taints）
前面的调度方式都是站在Pod的角度上，通过在Pod上添加属性，来确定Pod是否要调度到指定的Node上，其实我们也可以站在Node的角度上，通过在Node上添加污点属性，来决定是否允许Pod调度过来。
Node被设置上污点之后就和Pod之间存在了一种相斥的关系，进而拒绝Pod调度进来，甚至可以将已经存在的Pod驱逐出去。
污点的格式为：key=value:effect, key和value是污点的标签，effect描述污点的作用，支持如下三个选项：
- PreferNoSchedule：kubernetes将尽量避免把Pod调度到具有该污点的Node上，除非没有其他节点可调度
- NoSchedule：kubernetes将不会把Pod调度到具有该污点的Node上，但不会影响当前Node上已存在的Pod
- NoExecute：kubernetes将不会把Pod调度到具有该污点的Node上，同时也会将Node上已存在的Pod驱离
使用kubectl设置和去除污点的命令示例如下：
# 设置污点
kubectl taint nodes node1 key=value:effect
# 去除污点
kubectl taint nodes node1 key:effect-
# 去除所有污点
kubectl taint nodes node1 key-
接下来，演示下污点的效果：
- 准备节点node1（为了演示效果更加明显，暂时停止node2节点）
- 为node1节点设置一个污点: tag=chenyu:PreferNoSchedule；然后创建pod1( pod1 可以 )
- 修改为node1节点设置一个污点: tag=chenyu:NoSchedule；然后创建pod2( pod1 正常 pod2 失败 )
- 修改为node1节点设置一个污点: tag=chenyu:NoExecute；然后创建pod3 ( 3个pod都失败 )
# 为node1设置污点(PreferNoSchedule)
[root@master ~]# kubectl taint nodes node1 tag=chenyu:PreferNoSchedule
# 创建pod1
[root@master ~]# kubectl run taint1 --image=nginx:1.17.1 -n dev
[root@master ~]# kubectl get pods -n dev -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE
taint1-3225f7fd85-575b4 1/1 Running 0 2m50s 10.244.1.59 node1
# 为node1设置污点(取消PreferNoSchedule，设置NoSchedule)
[root@k8s-master01 ~]# kubectl taint nodes node1 tag:PreferNoSchedule-
[root@k8s-master01 ~]# kubectl taint nodes node1 tag=axi:NoSchedule
# 创建pod2
[root@master ~]# kubectl run taint2 --image=nginx:1.17.1 -n dev
[root@master ~]# kubectl get pods taint2 -n dev -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE
taint1-3225f7fd85-575b4 1/1 Running 0 2m50s 10.244.1.59 node1
taint2-944694789-6jfio 0/1 Pending 0 51s
# 为node1设置污点(取消NoSchedule，设置NoExecute)
[root@master ~]# kubectl taint nodes node1 tag:NoSchedule-
[root@master ~]# kubectl taint nodes node1 tag=axi:NoExecute
# 创建pod3
[root@master ~]# kubectl run taint3 --image=nginx:1.17.1 -n dev
[root@master ~]# kubectl get pods -n dev -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED
taint1-3225f7fd85-575b4 0/1 Pending 0 50s
taint2-944694789-6jfio 0/1 Pending 0 55s
taint3-6d78dbd749-tktkq 0/1 Pending 0 20s
小提示：
使用kubeadm搭建的集群，默认就会给master节点添加一个污点标记,所以pod就不会调度到master节点上.
容忍（Toleration）
上面介绍了污点的作用，我们可以在node上添加污点用于拒绝pod调度上来，但是如果就是想将一个pod调度到一个有污点的node上去，这时候应该怎么做呢？这就要使用到容忍。
污点就是拒绝，容忍就是忽略，Node通过污点拒绝pod调度上去，Pod通过容忍忽略拒绝
[root@master ~]# vim pod-toleration.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-toleration
namespace: dev
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.17.1
tolerations: # 添加容忍
- key: "tag" # 要容忍的污点的key
operator: "Equal" # 操作符
value: "chenyu" # 容忍的污点的value
effect: "NoExecute" # 添加容忍的规则，这里必须和标记的污点规则相同
# 添加容忍之前的pod
[root@master ~]# kubectl get pods -n dev -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED
pod-toleration 0/1 Pending 0 10s
# 添加容忍之后的pod
[root@master ~]# kubectl get pods -n dev -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED
pod-toleration 1/1 Running 0 10s 10.244.1.68 node1
容忍的详细配置：
[root@master ~]# kubectl explain pod.spec.tolerations
......
FIELDS:
key # 对应着要容忍的污点的键，空意味着匹配所有的键
value # 对应着要容忍的污点的值
operator # key-value的运算符，支持Equal和Exists（默认）
effect # 对应污点的effect，空意味着匹配所有影响
tolerationSeconds # 容忍时间, 当effect为NoExecute时生效，表示pod在Node上的停留时间