k8s-Pod介绍及状态与生命周期管理

Pod介绍及状态与生命周期管理

Pod介绍

Pod是kubernetes中可以创建和部署的最小单位。Pod代表着集群中运行的进程。

Pod的设计理念是支持多个容器在一个Pod中共享网络地址和文件系统，可以通过进程间通信和文件共享这种简单高效的方式组合完成服务。

Pod中封装着应用的容器（有的情况下是好几个容器），存储、独立的网络IP，管理容器如何运行的策略选项。Pod代表着部署的一个单位：kubernetes中应用的一个实例，可能由一个或者多个容器组合在一起共享资源。

Docker是kubernetes中最常用的容器运行时，但是Pod也支持其他容器运行时。

1. 理解Pod

Pod有两种使用方式：

1. 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，可以把Pod想象成是单个容器的封装，kuberentes管理的是Pod而不是直接管理容器。

1. 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 —— 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。

每个Pod都是应用的一个实例。如果想平行扩展应用的话（运行多个实例），应该运行多个Pod，每个Pod都是一个应用实例。在Kubernetes中，这通常被称为replication。

2. Pod中如何管理多个容器

Pod中可以同时运行多个进程（作为容器运行）协同工作。同一个Pod中的容器会自动的分配到同一个 node 上。同一个Pod中的容器共享资源、网络环境和依赖，它们总是被同时调度。

注意在一个Pod中同时运行多个容器是一种比较高级的用法。只有当你的容器需要紧密配合协作的时候才考虑用这种模式。例如，你有一个容器作为web服务器运行，需要用到共享的volume，有另一个容器来从远端获取资源更新这些文件。

Pod中可以共享两种资源：网络和存储。

网络：每个Pod都会被分配一个唯一的IP地址(虚拟ip)。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）。

存储：可以为一个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。

3. 使用Pod

Pod不会自愈。如果Pod运行的Node故障，或者是调度器本身故障，这个Pod就会被删除。同样的，如果Pod所在Node缺少资源或者Pod处于维护状态，Pod也会被驱逐。Kubernetes使用更高级的称为Controller的抽象层，来管理Pod实例。虽然可以直接使用Pod，但是在Kubernetes中通常是使用Controller来管理Pod的。

Controller可以创建和管理多个Pod，提供副本管理、滚动升级和集群级别的自愈能力。例如，如果一个Node故障，Controller就能自动将该节点上的Pod调度到其他健康的Node上。

4. Pod Templates

Pod模版是包含了其他object的Pod定义，例如Replication Controllers，Jobs和DaemonSets。Controller根据Pod模板来创建实际的Pod。

Pod状态与生命周期管理

Kubernetes中的基本组件kube-controller-manager就是用来控制Pod的状态和生命周期的

kubelet负责维护容器的生命周期，同时也负责Volume（CSI）和网络（CNI）的管理；

1. Pod phase(相位)

Pod 的 status 字段是一个 PodStatus 对象，PodStatus中有一个 phase 字段。

phase值：

1. 挂起（Pending）：

Pod 已被 Kubernetes 系统接受，但有一个或者多个容器镜像尚未创建。等待时间包括调度 Pod 的时间和通过网络下载镜像的时间，这可能需要花点时间。

1. 运行中（Running）

该 Pod 已经绑定到了一个节点上，Pod 中所有的容器都已被创建。至少有一个容器正在运行，或者正处于启动或重启状态。

1. 成功（Succeeded）：

Pod 中的所有容器都被成功终止，并且不会再重启。

1. 失败（Failed）

Pod 中的所有容器都已终止了，并且至少有一个容器是因为失败终止。也就是说，容器以非0状态退出或者被系统终止。

1. 未知（Unknown）

因为某些原因无法取得 Pod 的状态，通常是因为与 Pod 所在主机通信失败

2. Pod和容器状态

Pod 有一个 PodStatus 对象，其中包含一个 PodCondition 数组。 PodCondition 数组的每个元素都有一个 type 字段和一个 status 字段。type 字段是字符串，可能的值有 PodScheduled、Ready、Initialized、Unschedulable和ContainersReady。status 字段是一个字符串，可能的值有 True、False 和 Unknown。

有关 Pod 和容器状态的详细信息，请参阅 PodStatus 和 ContainerStatus。Pod 状态信息取决于当前的 ContainerState。

3. pod的生命

一般来说，Pod 不会消失，直到人为销毁他们。这可能是一个人或控制器。

这个规则的唯一例外是成功或失败的 phase 超过一段时间（由 master 确定）的Pod将过期并被自动销毁。

1. Pod的持久性

Pod在设计支持就不是作为持久化实体的。在调度失败、节点故障、缺少资源或者节点维护的状态下都会死掉会被驱逐。

通常，用户不需要手动直接创建Pod，而是应该使用controller（例如Deployments），即使是在创建单个Pod的情况下。Controller可以提供集群级别的自愈功能、复制和升级管理。

1. Pod的终止

因为Pod作为在集群的节点上运行的进程，所以在不再需要的时候能够优雅的终止掉是十分必要的（比起使用发送KILL信号这种暴力的方式）。

用户需要能够发送删除请求，并且知道它们何时会被终止，是否被正确的删除。用户想终止程序时发送删除pod的请求，在pod可以被强制删除前会有一个宽限期(倒计时)，会发送一个TERM请求到每个容器的主进程。一旦超时，将向主进程发送KILL信号并从API server中删除。如果kubelet或者container manager在等待进程终止的过程中重启，在重启后仍然会重试完整的宽限期。

示例流程：

1). 用户发送删除pod的命令，默认宽限期是30秒；

2). API 服务器中的Pod 对象会随时间的推移而更新，在宽限期内，Pod 被视为dead。在Pod超过该宽限期后API server就会更新Pod的状态为“dead”；

3). 在客户端命令行上显示的Pod状态为“terminating”；

4). 在第三步的同时，当kubelet发现pod被标记为“terminating”状态时，开始停止pod进程：

1). 如果在pod中定义了preStop hook，在停止pod前会被调用。如果在宽限期过后，preStop hook依然在运行，第二步会再增加2秒的宽限期；

2). 向Pod中的进程发送TERM信号，停止进程；

5). 跟第三步同时，该Pod将从该service的端点列表中删除；

6). 过了宽限期后，将向Pod中依然运行的进程发送SIGKILL信号而杀掉进程。

7). Kublete会在API server中完成Pod的的删除，同时将优雅周期设置为0（立即删除）。Pod在API中消失，并且在客户端也不可见。

删除宽限期默认是30秒。 kubectl delete命令支持 —grace-period= 选项，允许用户设置自己的宽限期。

如果设置为0将强制删除pod。在kubectl>=1.5版本的命令中，你必须同时使用 --force 和 --grace-period=0 来强制删除pod。

Pod的强制删除是通过在集群和etcd中将其定义为删除状态。当执行强制删除命令时，API server不会等待该pod所运行在节点上的kubelet确认，就会立即将该pod从API server中移除，这时就可以创建跟原pod同名的pod了。这时，在节点上的pod会被立即设置为terminating状态，不过在被强制删除之前依然有一小段优雅删除周期。

4. 重启策略

PodSpec 中有一个 restartPolicy 字段，可能的值为 Always、OnFailure 和 Never。默认为 Always。 restartPolicy 适用于 Pod 中的所有容器。

restartPolicy 仅指通过同一节点上的 kubelet 重新启动容器。失败的容器由 kubelet 以五分钟为上限的指数退避延迟（10秒，20秒，40秒…）重新启动，并在成功执行十分钟后重置计时器。一旦绑定到一个节点，Pod 将永远不会重新绑定到另一个节点。

关于pod的其它内容

1. Pod hook

Pod hook（钩子）是由Kubernetes管理的kubelet发起的，当容器中的进程启动前或者容器中的进程终止之前运行，这是包含在容器的生命周期之中。可以同时为Pod中的所有容器都配置hook。

Hook的类型包括两种：

1. exec：执行一段命令
2. HTTP：发送HTTP请求。

配置：

2. Pod Preset

Preset 就是预设，有时候想要让一批容器在启动的时候就注入一些信息，比如 secret、volume、volume mount 和环境变量，而又不想一个一个的改这些 Pod 的 template，这时候就可以用到 PodPreset 这个资源对象了。

每个 Pod 可以匹配零个或多个 Pod Prestet；并且每个 PodPreset 可以应用于零个或多个 Pod。

禁用特定 Pod 的 Pod Preset：

在某些情况下，可能不希望 Pod 被任何 Pod Preset 所改变。在这些情况下，可以在 Pod 的 Pod Spec 中添加注释：podpreset.admission.kubernetes.io/exclude：“true”