Kubernetes(k8s)的Pod资源清单生命周期Lifecycle相关属性详细讲解

1. 概述

Pod对象从创建到删除的这段时间范围称为Pod的生命周期，主要包含下面的过程：

1. Pod创建
2. 运行初始化容器(init container)
3. 运行主容器(main container)
   1. 容器启动后钩子(post start)
   2. 容器的存活性探测(liveness probe)、就绪性探测(readiness probe)
   3. 容器删除前钩子(pre stop)
4. Pod删除

在整个生命周期中，Pod会出现5种状态：

• 挂起(Pending)：API Server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已经被调度到某节点，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删除并且不会被重启
• 失败(Failed)：所有容器都已经删除，但至少有一个容器删除失败，即容器返回了非0值的退出状态
• 未知(Unknown)：API Server无法正常获取到Pod对象的状态信息，通常由于网络通信失败所导致

2. Pod的创建和删除过程

2.1 Pod的创建过程

1. 用户通过kubectl或其他的API客户端提交需要创建的Pod信息给API Server
2. API Server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. API Server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API Server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API Server
5. Node节点上的kubelet发现有Pod调度过来，尝试调度Docker启动容器，并将结果返回至API Server
6. API Server将接收到的Pod状态信息存入到etcd中

2.2 Pod的删除过程

1. 用户向API Server发送删除Pod对象的命令
2. 将Pod标记为terminating状态
3. kubelet在监控到Pod对象转为terminating状态的同时启动Pod关闭过程
4. 端点控制器监控到Pod对象的关闭行为时，将其从所有匹配到此端点的service资源的端点列表中移除
5. 如果当前Pod对象定义了preStop钩子处理器，则在其标记为terminating后会以同步的方式启动执行
6. Pod对象中的容器进程收到停止信号
7. 宽限期结束后(默认30s)，如果Pod中还存在运行的进程，那么Pod对象会收到立即删除的信号
8. kubectl请求API Server将此Pod资源的宽限期设置为0从而完成删除操作，此时Pod对于用户已经不可用

3. init container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：

• 初始化容器必须运行完成直至结束，如果某个初始化容器运行失败，那么kubernetes需要重启它直至成功完成
• 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，可用于满足应用容器启动的先决要求

接下来做一个案例，模拟下面这个需求：

• 假设主容器运行Nginx，但是要求在运行Nginx之前要能够连接上MySQL和Redis所在的服务器
• 为了简化测试，事先规定好MySQL和Redis所在的IP地址分别为192.168.23.188和192.168.23.189(188的IP目前能ping通，189的IP目前不能ping通）

新建pod-lifecycle.yaml，内容如下。然后进行pod创建

    user: bulut
spec:
  containers:
    - name: nginx-container
      image: nginx:latest
  initContainers:
    - name: init-mysql
      image: busybox
      command: ['/bin/sh', '-c', 'until ping 192.168.23.188 -c 1; do echo waiting for mysql; sleep 3; done;']
    - name: init-redis
      image: busybox
      command: ['/bin/sh', '-c', 'until ping 192.168.23.189 -c 1; do echo waiting for redis; sleep 3; done;']
[root@k8s-master ~]# 
[root@k8s-master ~]# kubectl apply -f pod-lifecycle.yaml 
pod/pod-lifecycle created
[root@k8s-master ~]#

查看pod启动状态。只有第一个init成功，卡在第二个init container了

[root@k8s-master ~]# kubectl get pod -n dev
NAME            READY   STATUS     RESTARTS   AGE
pod-lifecycle   0/1     Init:1/2   0          28s
[root@k8s-master ~]# 

4. 钩子函数

kubernetes在主容器启动之后和删除之前提供了两个钩子函数：

• post start：容器创建之后执行，如果失败会重启容器
• pre stop：容器删除之前执行，执行完成之后容器将成功删除，在其完成之前会阻塞删除容器的操作

钩子处理器支持三种定义方式：

1. exec命令：在容器内执行一次命令。语法如下：

  lifecycle:
    postStart: 
      exec:
        command:
             - cat
             - /tmp/test.txt

2. tcpSocket：在当前容器尝试访问指定的socket

   lifecycle:
     postStart:
       tcpSocket:
         port: 8080

3. 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: 192.168.23.161     # 主机地址  
         scheme: HTTP              # 支持的协议，http或者https

新建pod-lifecycle.yaml，内容如下。然后进行pod创建

[root@k8s-master ~]# cat pod-lifecycle.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-lifecycle
  namespace: dev
  labels:
    user: bulut
spec:
  containers:
    - name: nginx-container
      image: nginx:latest
      ports:
        - name: nginx-port
          containerPort: 80
          protocol: TCP
      lifecycle:
        postStart:
          exec:                  # 修改Nginx的首页内容
            command: ["/bin/sh", "-c", "echo postStart > /usr/share/nginx/html/index.html"]
        preStop:
          exec:                  # 停止Nginx的服务
            command: ["/usr/sbin/nginx", "-s", "quit"]
[root@k8s-master ~]# 
[root@k8s-master ~]# kubectl apply -f pod-lifecycle.yaml 
pod/pod-lifecycle created
[root@k8s-master ~]# 

访问nginx服务。可以看到postStat起作用了

[root@k8s-master ~]# kubectl get pod -n dev -o wide
NAME            READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP               NODE        NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-lifecycle   1/1     Running   0          64s   10.244.169.150   k8s-node2              
[root@k8s-master ~]# 
[root@k8s-master ~]# curl 10.244.169.150:80
postStart
[root@k8s-master ~]# 

5. 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，kubernetes提供了三种探针来实现容器探测，本文主要讲解liveness probes和readiness probes

• liveness probes：存活性探测，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：就绪性探测，用于检测应用实例是否可以接受请求，如果不能，k8s不会转发流量到该应用实例
• startupProbe探针，用于判断容器内应用程序是否已经启动，一旦成功将不再进行探测。如果配置了startupProbe探针，就会先禁止其他的探针，直到startupProbe探针成功为止

liveness probes和readiness probes均支持三种探测方式。语法如下，readinessProbe和livenessProbe的语法一样

1. 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/test.txt

2. tcpSocket：在当前容器尝试访问指定的socket。如果能够建立连接，则认为程序正常，否则不正常

livenessProbe:
  tcpSocket:
    port: 8080

3. httpGet：在当前容器中向某url发起HTTP请求。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: 192.168.23.161            # 主机地址
    scheme: HTTP                    # 支持的协议，http或者https

通过命令kubectl explain pod.spec.containers.livenessProbe查看其它属性，整理如下：

exec 
tcpSocket  
httpGet
initialDelaySeconds       # 容器启动后等待多少秒执行第一次探测
timeoutSeconds            # 探测超时时间。默认1秒，最小1秒
periodSeconds             # 执行探测的频率。默认是10秒，最小1秒
failureThreshold          # 连续探测失败多少次才被认定为失败。默认是3。最小值是1
successThreshold          # 连续探测成功多少次才被认定为成功。默认是1

5.1 exec方式

新建pod-lifecycle.yaml，内容如下：

[root@k8s-master ~]# cat pod-lifecycle.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-lifecycle
  namespace: dev
  labels:
    user: bulut
spec:
  containers:
    - name: nginx-container
      image: nginx:latest
      livenessProbe:
        exec:
          command: ["ls", "/tmp"] 
[root@k8s-master ~]# 

5.2 tcpSocket方式

新建pod-lifecycle.yaml，内容如下：

[root@k8s-master ~]# cat pod-lifecycle.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-lifecycle
  namespace: dev
  labels:
    user: bulut
spec:
  containers:
    - name: nginx-container
      image: nginx:latest
      ports:
        - name: nginx-port
          containerPort: 80
          protocol: TCP
      livenessProbe:
        tcpSocket:
          port: 80
[root@k8s-master ~]# 

5.3 httpGet方式

新建pod-lifecycle.yaml，内容如下：

[root@k8s-master ~]# cat pod-lifecycle.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-lifecycle
  namespace: dev
  labels:
    user: bulut
spec:
  containers:
    - name: nginx-container
      image: nginx:latest
      ports:
        - name: nginx-port
          containerPort: 80
          protocol: TCP
      livenessProbe:
        httpGet:        # 其实就是访问http://127.0.0.1:80/
          port: 80
          scheme: HTTP
          path: /
          host: 127.0.0.0
[root@k8s-master ~]# 

6. 重启策略

在容器探测中，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的默认重启策略决定的。Pod的重启策略有3种：

• Always：容器失效时，自动重启该容器，默认值
• OnFailure：容器终止运行且退出码不为0时重启
• Never：不论状态如何，都不重启该容器

重启策略是针对Pod设定的。首次需要重启的容器，将在其需要的时候立即进行重启，随后再次重启的操作将由kubelet延迟一段时间后进行，且反复的重启操作的延迟时长依次为10s、20s、40s、80s、160s和300s，300s是最大的延迟时长

新建pod-lifecycle.yaml，内容如下：

[root@k8s-master ~]# cat pod-lifecycle.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-lifecycle
  namespace: dev
  labels:
    user: bulut
spec:
  containers:
    - name: nginx-container
      image: nginx:latest
  restartPolicy: Never
[root@k8s-master ~]#