Kubernetes Pod生命周期

一、Pod生命周期概述

我们一般将pod对象从创建到终止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

1.运行初始化容器（init container）过程

2.运行主容器（main container）过程

        - 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）

3.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然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kubectl创建完成。
• 成功（Succeeded）：pod中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。

二、创建和终止

 pod的创建过程

1. 用户通过kubectl或者其他api客户端提交需要创建的pod信息给apiServer。
2. apiServer开始生产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，其他组件使用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

1. 用户向apiServer发送删除pod对象的命令。
2. apiServer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。
3. 将pod标记为terminating状态。
4. kubelet在监控到pod对象转为terminating状态的同时启动pod关闭过程。
5. 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。
6. 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。
7. pod对象中的容器进行收到停止信号。
8. 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息。
9. 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。

 三、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，若初始化容器运行失败，那么kubernetes需要重启它直到成功完成。
• 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后，后面一个才能运行。

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，但是要求运行nginx之前要能够连接上mysql和redis所在服务器

为了简化测试，事先定好了mysql（192.168.225.131）和redis（192.168.225.132）服务器的地址。

创建pod-initcontainer.yaml，内容如下：

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 192.168.225.131 -c 1 ; do echo waiting for mysql ...; sleep 2; done;']
     - name: test-redis
       image: busybox:1.30
       command: ['sh','-c','until ping 192.168.225.132 -c 1 ; do echo waiting for redis0 ...; sleep 2; done;']

创建pod资源

kubectl create -f pod-initcontainer.yaml

查看创建的具体过程，可以看到是先创建并启动相对应的初始化容器，最后创建并启动主容器。

kubectl describe pod pod-initcontainer -n dev

四、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完成定义动作：

1.Exec命令：在容器内执行

——
  lifecycle:
    postStart:
      exec:
        command:
         - cat
         - /tmp/healthy
——

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:  /  #URL地址
        port: 80  #端口号
        host: 192.168.225.131 #主机地址
        scheme: HTTP #支持的协议，http或者https
——

接下来，以exec方式为例，演示使用钩子函数，创建pod-hook-exec.yaml文件，内容如下：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-hook-exec
  namespace: dev
spec:
  containers:
    - name: main-container
      image: nginx:1.17.1
      ports:
        - name: nginx-port
          containerPort: 80
      lifecycle:
        postStart:
          exec: 
            command: ['/bin/sh','-c','echo postStart...> /usr/share/nginx/html/index.html']
        preStop:
          exec: 
            command: ['/usr/sbin/nginx','-s','quit']

结果如下，可以知道postStart钩子函数已经运行了。

 五、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，kubernetes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，kubernetes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：

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/healthy
——

2.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
--

3.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:
    postStart:
      httpGet:
        path:  /  #URL地址
        port: 80  #端口号
        host: 192.168.225.131 #主机地址
        scheme: HTTP #支持的协议，http或者https
——

下面以liveness probes为例，做几个演示：

方式一：Exec

创建pod-liveness-exec.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-liveness-exec
  namespace: dev
spec:
  containers:
    - name: main-container
      image: nginx:1.17.1
      ports:
        - name: nginx-port
          containerPort: 80
      livenessProbe:
        exec:
          command: ['/bin/cat','/tmp/hello.txt']

创建pod，观察效果。由于没有hello.txt文件，所以探测失败，容器启动失败。

 修改exec命令

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-liveness-exec
  namespace: dev
spec:
  containers:
    - name: main-container
      image: nginx:1.17.1
      ports:
        - name: nginx-port
          containerPort: 80
      livenessProbe:
        exec:
          command: ['/bin/ls','/tmp/']

创建pod，观察效果。现在探测成功，容器就正常启动了。

 方式二、TCPSocket

创建pod-liveness-tcpsocket.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-liveness-tcpsocket
  namespace: dev
spec:
  containers:
    - name: main-container
      image: nginx:1.17.1
      ports:
        - name: nginx-port
          containerPort: 80
      livenessProbe:
        tcpSocket:
          port: 8080

创建pod，观察效果。由于8080端口没有开放，访问失败，所以探测失败，容器启动失败。

将端口改成80端口即可探测成功。

 方式三、HTTPGet

创建pod-liveness-httpget.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-liveness-httpget
  namespace: dev
spec:
  containers:
    - name: main-container
      image: nginx:1.17.1
      ports:
        - name: nginx-port
          containerPort: 80
      livenessProbe:
        httpGet:
          scheme: HTTP
          port: 80
          path: /hello

创建pod，查看效果。探测失败，容器启动失败。 

修改探测的http地址path为/

查看效果。探测成功，容器启动成功 

补充

livenessProbe其他属性解释

exec