14.Kubernetes——Pod详解

一、Pod的介绍

Pod是k8s最小部署单元,一个Pod中可以有一个或者多个容器也就是一组容器的集合,Pod又称为容器组

1.1 Pod的结构

  • 每个Pod中都包含一个或者多个容器,这些容器可以分为两类:

  • ①用户容器:由用户(程序)所构建的容器,数量可多可少。

  • ②根容器:也就是Pause容器,每个Pod都会有的一个根容器,它的作用有两个:

    • 可以以它为依据,评估整个Pod的健康状况。
    • 可以在根容器上设置IP地址,其它容器都共享此IP(Pod的IP),以实现Pod内部的网络通信(这里是Pod内部的通讯,Pod之间的通讯采用虚拟二层网络技术来实现,我们当前环境使用的是Flannel)。

1.2 Pod定义

  • 下面是Pod的资源清单:
apiVersion: v1     #必选,版本号,例如v1
kind: Pod         #必选,资源类型,例如 Pod
metadata:         #必选,元数据
  name: string     #必选,Pod名称
  namespace: string  #Pod所属的命名空间,默认为"default"
  labels:           #自定义标签列表
    - name: string                 
spec:  #必选,Pod中容器的详细定义
  containers:  #必选,Pod中容器列表
  - name: string   #必选,容器名称
    image: string  #必选,容器的镜像名称
    imagePullPolicy: [ Always|Never|IfNotPresent ]  #获取镜像的策略 
    command: [string]   #容器的启动命令列表,如不指定,使用打包时使用的启动命令
    args: [string]      #容器的启动命令参数列表
    workingDir: string  #容器的工作目录
    volumeMounts:       #挂载到容器内部的存储卷配置
    - name: string      #引用pod定义的共享存储卷的名称,需用volumes[]部分定义的的卷名
      mountPath: string #存储卷在容器内mount的绝对路径,应少于512字符
      readOnly: boolean #是否为只读模式
    ports: #需要暴露的端口库号列表
    - name: string        #端口的名称
      containerPort: int  #容器需要监听的端口号
      hostPort: int       #容器所在主机需要监听的端口号,默认与Container相同
      protocol: string    #端口协议,支持TCP和UDP,默认TCP
    env:   #容器运行前需设置的环境变量列表
    - name: string  #环境变量名称
      value: string #环境变量的值
    resources: #资源限制和请求的设置
      limits:  #资源限制的设置
        cpu: string     #Cpu的限制,单位为core数,将用于docker run --cpu-shares参数
        memory: string  #内存限制,单位可以为Mib/Gib,将用于docker run --memory参数
      requests: #资源请求的设置
        cpu: string    #Cpu请求,容器启动的初始可用数量
        memory: string #内存请求,容器启动的初始可用数量
    lifecycle: #生命周期钩子
        postStart: #容器启动后立即执行此钩子,如果执行失败,会根据重启策略进行重启
        preStop: #容器终止前执行此钩子,无论结果如何,容器都会终止
    livenessProbe:  #对Pod内各容器健康检查的设置,当探测无响应几次后将自动重启该容器
      exec:         #对Pod容器内检查方式设置为exec方式
        command: [string]  #exec方式需要制定的命令或脚本
      httpGet:       #对Pod内个容器健康检查方法设置为HttpGet,需要制定Path、port
        path: string
        port: number
        host: string
        scheme: string
        HttpHeaders:
        - name: string
          value: string
      tcpSocket:     #对Pod内个容器健康检查方式设置为tcpSocket方式
         port: number
       initialDelaySeconds: 0       #容器启动完成后首次探测的时间,单位为秒
       timeoutSeconds: 0          #对容器健康检查探测等待响应的超时时间,单位秒,默认1秒
       periodSeconds: 0           #对容器监控检查的定期探测时间设置,单位秒,默认10秒一次
       successThreshold: 0
       failureThreshold: 0
       securityContext:
         privileged: false
  restartPolicy: [Always | Never | OnFailure]  #Pod的重启策略
  nodeName:  #设置NodeName表示将该Pod调度到指定到名称的node节点上
  nodeSelector: obeject #设置NodeSelector表示将该Pod调度到包含这个label的node上
  imagePullSecrets: #Pull镜像时使用的secret名称,以key:secretkey格式指定
  - name: string
  hostNetwork: false   #是否使用主机网络模式,默认为false,如果设置为true,表示使用宿主机网络
  volumes:   #在该pod上定义共享存储卷列表
  - name: string    #共享存储卷名称 (volumes类型有很多种)
    emptyDir: {}       #类型为emtyDir的存储卷,与Pod同生命周期的一个临时目录。为空值
    hostPath: string   #类型为hostPath的存储卷,表示挂载Pod所在宿主机的目录
      path: string                #Pod所在宿主机的目录,将被用于同期中mount的目录
    secret:          #类型为secret的存储卷,挂载集群与定义的secret对象到容器内部
      scretname: string  
      items:     
      - key: string
        path: string
    configMap:         #类型为configMap的存储卷,挂载预定义的configMap对象到容器内部
      name: string
      items:
      - key: string
        path: string
  • 语法:查看每种资源的可配置项
# 查看某种资源可以配置的一级配置
kubectl explain 资源类型 
# 查看属性的子属性
kubectl explain 资源类型.属性
  • 示例:查看资源类型为pod的可配置项
kubectl explain pod

示例:查看资源类型为Pod的metadata的属性的可配置项

kubectl explain pod.metadata

在kubernetes中基本所有资源的一级属性都是一样的,主要包含5个部分:

  • apiVersion :版本,有kubernetes内部定义,版本号必须用kubectl api-versions查询。

  • kind :类型,有kubernetes内部定义,类型必须用kubectl api-resources查询。

  • metadata :元数据,主要是资源标识和说明,常用的有name、namespace、labels等。

  • spec :描述,这是配置中最重要的一部分,里面是对各种资源配置的详细描述。

  • status :状态信息,里面的内容不需要定义,由kubernetes自动生成。

    在上面的属性中,spec是接下来研究的重点,继续看下它的常见子属性:

    • containers <[]Object>:容器列表,用于定义容器的详细信息。

    • nodeName :根据nodeName的值将Pod调度到指定的Node节点上。

    • nodeSelector :根据NodeSelector中定义的信息选择该Pod调度到包含这些Label的Node上。

    • hostNetwork :是否使用主机网络模式,默认为false,如果设置为true,表示使用宿主机网络。

    • volumes <[]Object> :存储卷,用于定义Pod上面挂载的存储信息。

    • restartPolicy :重启策略,表示Pod在遇到故障的时候的处理策略。

    2 Pod的配置

    2.1 概述

    • 本小节主要来研究pod.spec.containers属性,这也是Pod配置中最为关键的一项配置。

    • 示例:查看pod.spec.containers的可选配置项

    kubectl explain pod.spec.containers
    
    # 返回的重要属性
    KIND:     Pod
    VERSION:  v1
    RESOURCE: containers <[]Object>   # 数组,代表可以有多个容器FIELDS:
      name       # 容器名称
      image      # 容器需要的镜像地址
      imagePullPolicy   # 镜像拉取策略 
      command  <[]string> # 容器的启动命令列表,如不指定,使用打包时使用的启动命令
      args   <[]string> # 容器的启动命令需要的参数列表 
      env    <[]Object> # 容器环境变量的配置
      ports  <[]Object>  # 容器需要暴露的端口号列表
      resources  # 资源限制和资源请求的设置
     
     

    2.2 基本配置

    • 创建pod-base.yaml文件,内容如下:
    apiVersion: v1
    kind: Pod
    metadata:
      name: pod-base
      namespace: dev
      labels:
        user: 
    spec:
      containers:
        - name: nginx # 容器名称
          image: nginx:1.17.1 # 容器需要的镜像地址
        - name: busybox # 容器名称
          image: busybox:1.30 # 容器需要的镜像地址
    
    • 上面定义了一个比较简单的Pod的配置,里面有两个容器:

      • nginx:用的是1.17.1版本的nginx镜像创建(nginx是一个轻量级的web容器)。
      • busybox:用的是1.30版本的busybox镜像创建(busybox是一个小巧的linux命令集合)。
    • 创建Pod:

    kubectl apply -f pod-base.yaml
    
    • 查看Pod状况:
    kubectl get pod -n dev
    
    • 通过describe查看内部的详情:
    # 此时已经运行起来了一个基本的Pod,虽然它暂时有问题
    kubectl describe pod pod-base -n dev
    

    2.3 镜像拉取策略

    • 创建pod-imagepullpolicy.yaml文件,内容如下:
    apiVersion: v1
    kind: Pod
    metadata:
      name: pod-imagepullpolicy
      namespace: dev
      labels:
        user: 
    spec:
      containers:
        - name: nginx # 容器名称
          image: nginx:1.17.1 # 容器需要的镜像地址
          imagePullPolicy: Always # 用于设置镜像的拉取策略
        - name: busybox # 容器名称
          image: busybox:1.30 # 容器需要的镜像地址
    
    • imagePullPolicy:用于设置镜像拉取的策略,kubernetes支持配置三种拉取策略:

      • Always:总是从远程仓库拉取镜像(一直远程下载)。
      • IfNotPresent:本地有则使用本地镜像,本地没有则从远程仓库拉取镜像(本地有就用本地,本地没有就使用远程下载)。
      • Never:只使用本地镜像,从不去远程仓库拉取,本地没有就报错(一直使用本地,没有就报错)。

    默认值说明:

    • 如果镜像tag为具体的版本号,默认策略是IfNotPresent。

    • 如果镜像tag为latest(最终版本),默认策略是Always。

    • 创建Pod:
    kubectl apply -f pod-imagepullpolicy.yaml
    
    • 查看Pod详情:
    kubectl describe pod pod-imagepullpolicy -n dev
    

    2.4 启动命令

    • 在前面的案例中,一直有一个问题没有解决,就是busybox容器一直没有成功运行,那么到底是什么原因导致这个容器的故障的呢?

    • 原来busybox并不是一个程序,而是类似于一个工具类的集合,kubernetes集群启动管理后,它会自动关闭。解决方法就是让其一直在运行,这就用到了command的配置。

    • 创建pod-command.yaml文件,内容如下:

    apiVersion: v1
    kind: Pod
    metadata:
      name: pod-command
      namespace: dev
      labels:
        user: 
    spec:
      containers:
        - name: nginx # 容器名称
          image: nginx:1.17.1 # 容器需要的镜像地址
          imagePullPolicy: IfNotPresent # 设置镜像拉取策略
        - name: busybox # 容器名称
          image: busybox:1.30 # 容器需要的镜像地址
          command: ["/bin/sh","-c","touch /tmp/hello.txt;while true;do /bin/echo $(date +%T) >> /tmp/hello.txt;sleep 3;done;"]
    

    command:用于在Pod中的容器初始化完毕之后执行一个命令。

    这里稍微解释下command中的命令的意思:

    • "/bin/sh","-c":使用sh执行命令。

    • touch /tmp/hello.txt:创建一个/tmp/hello.txt的文件。

    • while true;do /bin/echo $(date +%T) >> /tmp/hello.txt;sleep 3;done:每隔3秒,向文件写入当前时间

    • 创建Pod:
    kubectl apply -f pod-command.yaml
    
    • 查看Pod状态:
    kubectl get pod pod-command -n dev
    
    • 进入Pod中的busybox容器,查看文件内容:
    # 在容器中执行命令
    # kubectl exec -it pod的名称 -n 命名空间 -c 容器名称 /bin/sh
    kubectl exec -it pod-command -n dev -c busybox /bin/sh
    

    特别说明:通过上面发现command已经可以完成启动命令和传递参数的功能,为什么还要提供一个args选项,用于传递参数?其实和Docker有点关系,kubernetes中的command和args两个参数其实是为了实现覆盖Dockerfile中的ENTRYPOINT的功能:

    • 如果command和args均没有写,那么用Dockerfile的配置。

    • 如果command写了,但是args没有写,那么Dockerfile默认的配置会被忽略,执行注入的command。

    • 如果command没有写,但是args写了,那么Dockerfile中配置的ENTRYPOINT命令会被执行,使用当前args的参数。

    • 如果command和args都写了,那么Dockerfile中的配置会被忽略,执行command并追加上args参数。

    2.5 端口设置

    • 查看ports支持的子选项:
    kubectl explain pod.spec.containers.ports
    
    KIND:     Pod
    VERSION:  v1
    RESOURCE: ports <[]Object>
    FIELDS:
      name  # 端口名称,如果指定,必须保证name在pod中是唯一的
      containerPort  # 容器要监听的端口(0 # 容器要在主机上公开的端口,如果设置,主机上只能运行容器的一个副本(一般省略)
      hostIP   # 要将外部端口绑定到的主机IP(一般省略)
      protocol   # 端口协议。必须是UDP、TCP或SCTP。默认为“TCP”
    
    • 创建pod-ports.yaml文件,内容如下:
    apiVersion: v1
    kind: Pod
    metadata:
      name: pod-ports
      namespace: dev
      labels:
        user: 
    spec:
      containers:
        - name: nginx # 容器名称
          image: nginx:1.17.1 # 容器需要的镜像地址
          imagePullPolicy: IfNotPresent # 设置镜像拉取策略
          ports:
            - name: nginx-port # 端口名称,如果执行,必须保证name在Pod中是唯一的
              containerPort: 80 # 容器要监听的端口 (0~65536)
              protocol: TCP # 端口协议
    
    • 创建Pod:
    kubectl create -f pod-ports.yaml
    

    2.7 资源配额

    • 容器中的程序要运行,肯定会占用一定的资源,比如CPU和内存等,如果不对某个容器的资源做限制,那么它就可能吃掉大量的资源,导致其他的容器无法运行。针对这种情况,kubernetes提供了对内存和CPU的资源进行配额的机制,这种机制主要通过resources选项实现,它有两个子选项:

      • limits:用于限制运行的容器的最大占用资源,当容器占用资源超过limits时会被终止,并进行重启。
      • requests:用于设置容器需要的最小资源,如果环境资源不够,容器将无法启动。
    • 可以通过上面的两个选项设置资源的上下限。

    • 创建pod-resoures.yaml文件,内容如下:

    apiVersion: v1
    kind: Pod
    metadata:
      name: pod-resoures
      namespace: dev
      labels:
        user: 
    spec:
      containers:
        - name: nginx # 容器名称
          image: nginx:1.17.1 # 容器需要的镜像地址
          imagePullPolicy: IfNotPresent # 设置镜像拉取策略
          ports: # 端口设置
            - name: nginx-port # 端口名称,如果执行,必须保证name在Pod中是唯一的
              containerPort: 80 # 容器要监听的端口 (0~65536)
              protocol: TCP # 端口协议
          resources: # 资源配额
            limits: # 限制资源的上限
              cpu: "2" # CPU限制,单位是core数
              memory: "10Gi" # 内存限制
            requests: # 限制资源的下限
              cpu: "1" # CPU限制,单位是core数 
              memory: "10Mi" # 内存限制
    
    • 创建Pod:
    kubectl create -f pod-resource.yaml
    
    • 查看发现Pod运行正常:
    kubectl get pod pod-resoures -n dev
    
    • 接下来,停止Pod:
    kubectl delete -f pod-resource.yaml
    
    • 编辑Pod,修改resources.requests.memory的值为10Gi:
    apiVersion: v1
    kind: Pod
    metadata:
      name: pod-resoures
      namespace: dev
      labels:
        user: 
    spec:
      containers:
        - name: nginx # 容器名称
          image: nginx:1.17.1 # 容器需要的镜像地址
          imagePullPolicy: IfNotPresent # 设置镜像拉取策略
          ports: # 端口设置
            - name: nginx-port # 端口名称,如果执行,必须保证name在Pod中是唯一的
              containerPort: 80 # 容器要监听的端口 (0~65536)
              protocol: TCP # 端口协议
          resources: # 资源配额
            limits: # 限制资源的上限
              cpu: "2" # CPU限制,单位是core数
              memory: "10Gi" # 内存限制
            requests: # 限制资源的下限
              cpu: "1" # CPU限制,单位是core数 
              memory: "10Gi" # 内存限制
    
    • 再次启动Pod:
    kubectl create -f pod-resource.yaml
    
    • 查看Pod状态,发现Pod启动失败:
    kubectl get pod pod-resoures -n dev -o wide
    
    • 查看Pod详情会发现,如下提示:
    kubectl describe pod pod-resoures -n dev
    

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