【云原生】k8s的pod基础（上）

 1.pod的相关知识

1.1 pod的基础概念 

pod是kubernetes中最小的资源管理组件，Pod也是最小化运行容器化应用的资源对象。一个Pod代表着集群中运行的一个进程。kubernetes中其他大多数组件都是用绕着Pod来进行支撑和扩展Pod功能的，例如，用于管理pod运行的StatefulSet和Deploment等控制器对象，用于暴露pod应用的service和Ingress对象，为pod提供存储的persistentVolme存储资源对象等。
 

1.2 k8s中pod的两种使用方式 

 （1）一个pod中运行一个容器。"每个po中一个容器"的模式是最常见的用法:在这种使用方式中，你可以把pod想象成是单个容器的封装，kterentes管理的是Pod而不是直接管理容器。

（2）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servie单位，比如一个容器共享文件，另一个"sidecar"容器（边车容器）来更新这些文件。Pod将这些突器的存储资源作为一个实体来管理 
 

 1.3 pod 容器的常规使用流程 

一个Pod下的容器必须运行于同一节点上。现代容器技术建议一个容器只运行一个进程，该进程在容器中PID命名空间中的进程号为1，可直接接收并处理信号，进程终止时容器生命周期也就结束了。若想在容器内运行多个进程，需要有一个类似Linux操作系统init进程的管控类进程，以树状结构完成多进程的生命周期管理。运行于各自容器内的进程无法直接完成网络通信，这是由于容器间的隔离机制导致，k8s中的Pod资源抽象正是解决此类问题，Pod对象是一组容器的集合，这些容器共享NET、MNT、UTS及IPC命名空间，因此具有相同的域名、主机名和网络接口，并可通过IPC直接通信。
 

Pod资源中针对各容器提供网络命名空间等共享机制的是底层基础容器pause，基础容器（也可称为父容器）pause就是为了管理Pod容器间的共享操作，这个父容器需要能够准确地知道如何去创建共享运行环境的容器，还能管理这些容器的生命周期。为了实现这个父容器的构想，kubernetes中，用pause容器来作为一个Pod中所有容器的父容器。这个pause容器有两个核心的功能，一是它提供整个Pod的Linux命名空间的基础。二来启用PID命名空间，它在每个Pod中都作为PID为1进程（init进程），并回收僵尸进程。
 

 

1.4 k8s中pod结构设计的巧妙用意

（1）在一组容器作为一个单元的情况下，难以对整体的容器简单地进行判断及有效地进行行动。比如，一个容器死亡了，此时是算整体挂了么?那么引入与业务无关的Pause容器作为Pod的基础容器，以它的状态代表着整个容器组的状态，这样就可以解决该问题。

（2）Pod里的多个应用容器共享Pause容器的IP，共享Pause容器挂载的Volume,这样简化了应用容器之间的通信问题，也解决了容器之间的文件共享问题。
 

 

通常把Pod分为两类

●自主式Pod

这种Pod本身是不能自我修复的，当Pod被创建后 (不论是你直接创建还是被其他的Controller)，都会kuberentes调度到集群的node上。直到node的进程终止、被删掉、因为缺少资源而被驱逐、或者node节点故障之前都会一直保持在那个node上。pod不会自愈。如果pod运行时，所在的node节点 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。

●控制器管理的Pod 

Kubernetes使用更高级的概为controller的抽象层，来管理pod实例。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。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。
 

●静态Pod

静态 Pod 直接由特定节点上的 kubelet 进程来管理，不通过 master 节点上的 apiserver 。无法与控制器 Deployment 或者 DaemonSet 进行关联，它由 kubelet 进程自己来监控，当 pod 崩溃时重启该 pod ， kubelet也无法对他们进行健康检查。静态 pod 始终绑定在某一个 kubelet ，并且始终运行在同一个节点上。 kubelet 会自动为每一个静态 pod 在 Kubernetes 的 apiserver 上创建一个镜像 Pod（Mirror Pod），因此我们可以在 apiserver 中查询到该 pod，但是不能通过 apiserver 进行控制（例如不能删除）。
 

静态POD配置文件存放位置设置

/var/lib/kubelet/config.yaml

 

systemctl status kubelet
/usr/lib/systemd/system/kubelet.service.d
     └─10-kubeadm.conf

vim /usr/lib/systemd/system/kubelet.service.d/10-kubeadm.conf
Environment="KUBELET_SYSTEM_PODS_ARGS=--pod-manifest-path=/etc/kubernetes/manifests --allowprivileged=true"

systemctl daemon-reload
systemctl restart kubelet

 

 

#在静态Pod文件的管理目录下准备 Pod 的 Json 或者 Yaml 文件

vim /etc/kubernetes/manifests/static-web.yaml

 

运行中的 kubelet 周期扫描配置的目录下文件的变化，当这个目录中有文件出现或消失时创建或删除 pods。
在 Master 节点同样也可以看到该 Pod，如果执行 kubectl delete pod static-web-node01 命令删除该 Pod 发现，并不能删除。

 

 

2. 容器的分类

2.1  pause基础容器（infrastructure container）

• 维护整个Pod网络和存储空间
• 启动一个容器时，k8s会自动启动一个基础容器

pause容器的作用 

• 在pod中担任Linux命名空间( 如网络命令空间)共享的基础
• 启用PID命名空间，开启init进程。

网络:
每个Pod都会被分配一个唯一的IP地址。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。
 

 

总结:
每个Pod都有一个特殊的被称为“基础容器"的Pause容器。Pause 容器对应的镜像属于Kubernetes平台的- - 部分，除了Pause容器，每个Pod还包含一个或者多个紧密相关的用户应用容器。 

2.2 init初始化容器

每个 pod中可以包含多个容器， 应用运行在这些容器里面，同时 Pod 也可以有一个或多个先于应用容器启动的 Init 容器。

Init 容器与普通的容器非常像，除了如下两点：

• 它们总是运行到完成。
• 每个都必须在下一个启动之前成功完成。

如果 Pod 的 Init 容器失败，kubelet 会不断地重启该 Init 容器直到该容器成功为止。 然而，如果 Pod 对应的 restartPolicy 值为 "Never"，并且 Pod 的 Init 容器失败， 则 Kubernetes 会将整个 Pod 状态设置为失败。

为 Pod 设置 Init 容器需要在pod规则中添加 initContainers 字段， 该字段以 container类型对象数组的形式组织，和应用的 containers 数组同级相邻。 参阅 API 参考的容器章节了解详情。

Init 容器的状态在 status.initContainerStatuses 字段中以容器状态数组的格式返回 （类似 status.containerStatuses 字段）。
 

2.3 init容器和普通容器的区别 

Init 容器支持应用容器的全部字段和特性，包括资源限制、数据卷和安全设置。 然而，Init 容器对资源请求和限制的处理稍有不同，在下面资源节有说明。

同时 Init 容器不支持 lifecycle、livenessProbe、readinessProbe 和 startupProbe， 因为它们必须在 Pod 就绪之前运行完成。

如果为一个 Pod 指定了多个 Init 容器，这些容器会按顺序逐个运行。 每个 Init 容器必须运行成功，下一个才能够运行。当所有的 Init 容器运行完成时， Kubernetes 才会为 Pod 初始化应用容器并像平常一样运行。
 

2.3 Init 容器的使用 

因为 Init 容器具有与应用容器分离的单独镜像，其启动相关代码具有如下优势：

Init 容器可以包含一些安装过程中应用容器中不存在的实用工具或个性化代码。 例如，没有必要仅为了在安装过程中使用类似 sed、awk、python 或 dig 这样的工具而去 FROM 一个镜像来生成一个新的镜像。

应用镜像的创建者和部署者可以各自独立工作，而没有必要联合构建一个单独的应用镜像。

与同一 Pod 中的多个应用容器相比，Init 容器能以不同的文件系统视图运行。因此，Init 容器可以被赋予访问应用容器不能访问的 Secret的权限。

由于 Init 容器必须在应用容器启动之前运行完成，因此 Init 容器提供了一种机制来阻塞或延迟应用容器的启动，直到满足了一组先决条件。 一旦前置条件满足，Pod 内的所有的应用容器会并行启动。

Init 容器可以安全地运行实用程序或自定义代码，而在其他方式下运行这些实用程序或自定义代码可能会降低应用容器镜像的安全性。 通过将不必要的工具分开，你可以限制应用容器镜像的被攻击范围
 

运行特例

在Pod启动过程中，Init容器会按顺序在网络和数据卷初始化之后启动。每个容器必须在下一个容器启动之前成功退出。
如果由于运行时或失败退出，将导致容器启动失败，它会根据Podl的restartPolicy指定的策略（该策略又分为 Always , Never ,OnFailure）进行重试。然而，如果Pod的restartPolicy设置为Always，Init容器失败时会使用RestartPolicy策略。
在所有的Init容器没有成功之前，Pod将不会变成Ready状态。Init容器的端口将不会在service中进行聚集。正在初始化中的Pod处于Pending状态，但应该会将Initializing状态设置为true。
如果Pod重启，所有Init容器必须重新执行。
对Init容器spec的修改被限制在容器image字段，修改其他字段都不会生效。更改Init容器的image字段，等价于重启该Pod。
Init容器具有应用容器的所有字段。除了readinessProbe，因为Tnit容器无法定义不同于完成（completion)的就绪（readiness)之外的其他状态。这会在验证过程中强制执行。
在Pod中的每个app和Init容器的名称必须唯一;与任何其它容器共享同一个名称，会在验证时抛出错误.
 

2.4 应用容器（业务容器，Maincontainer） 

 提供业务服务，它是并行启动，要在所以Init容器成功的完成启动、运行和退出后才会启动应用容器

 

3. 模拟演练

官网示例：
https://kubernetes.io/docs/concepts/workloads/pods/init-containers/

编写yaml文件

vim myapp-pod.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myapp-pod
  labels:
    app: myapp
spec:
  containers:
  - name: myapp-container
    image: busybox:1.28
    command: ['sh', '-c', 'echo The app is running! && sleep 3600']
  initContainers:
  - name: init-myservice
    image: busybox:1.28
    command: ['sh', '-c', 'until nslookup myservice; do echo waiting for myservice; sleep 2; done;']
  - name: init-mydb
    image: busybox:1.28
    command: ['sh', '-c', 'until nslookup mydb; do echo waiting for mydb; sleep 2; done;']

###这个例子是定义了一个具有 2 个 Init 容器的简单 Pod。 第一个等待 myservice 启动， 第二个等待 mydb 启动。 一旦这两个 Init容器都启动完成，Pod 将启动 spec 中的应用容器

kubectl apply -f   myapp-pod.yaml

 

kubectl describe pod myapp-pod

kubectl logs myapp-pod -c init-myservice

 

vim myservice.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: myservice
spec:
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 9376
    
kubectl create -f myservice.yaml

kubectl get svc

kubectl get pods -n kube-system

kubectl get pods

vim mydb.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mydb
spec:
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 9377
    
kubectl create -f mydb.yaml

kubectl get pods

 

//特别说明：
●在Pod启动过程中，Init容器会按顺序在网络和数据卷初始化之后启动。每个容器必须在下一个容器启动之前成功退出。
●如果由于运行时或失败退出，将导致容器启动失败，它会根据Pod的restartPolicy指定的策略进行重试。然而，如果Pod的restartPolicy设置为Always，Init容器失败时会使用RestartPolicy策略。
●在所有的Init容器没有成功之前，Pod将不会变成Ready状态。Init容器的端口将不会在Service中进行聚集。正在初始化中的Pod处于Pending状态，但应该会将Initializing状态设置为true。
●如果Pod重启，所有Init容器必须重新执行。
●对Init容器spec的修改被限制在容器image字段，修改其他字段都不会生效。更改Init容器的image字段，等价于重启该Pod。
●Init容器具有应用容器的所有字段。除了readinessProbe，因为Init容器无法定义不同于完成（completion）的就绪（readiness）之外的其他状态。这会在验证过程中强制执行。
●在Pod中的每个app和Init容器的名称必须唯一；与任何其它容器共享同一个名称，会在验证时抛出错误。