【kubernetes详解06】-Pod详解之生命周期

目录

 

一、Pod生命周期概述

二、创建和终止

三、初始化容器

四、钩子函数

五、容器探测

5.1、  容器探测介绍      

5.2、探测使用实例演示

5.3、探针的其他子属性

六、重启策略

---

一、Pod生命周期概述

我们一般将pod对象从创建至终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

• 运行初始化容器（init container）过程（这里初始化容器是名词，不是动词，它是一个容器，细品）

• 运行主容器（main container）

  • 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）

• pod终止过程

         如上图所示，1-3为初始化容器执行过程，其中初始化容器的数量是可多可少、甚至可无的，大门时一定要在主容器运行之前执行，即初始化容器没有运行完，主容器是不能执行的；4-8为主容器运行过程，其中4为容器启动后钩子，8为容器终止前钩子，比如在容器启动后或者终止前需要执行什么命令，可以将执行命令和参数放在对应的钩子里；5是主容器，6是存活性探测，7为就绪性探测，探测是用于检测当前服务是否正常运行的，后面章节会详解。

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kubelet创建完成

• 成功（Succeeded）：pod中的所有容器都已经成功终止并且不会被重启，指容器任务已经全部执行完并成功退出，比如busybox容器输出一个hello就成功结束了

• 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或其他api客户端提交需要创建的pod信息给apiServer

2. apiServer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（注：这里是开始创建就返回信息至客户端，并不是创建成功后再返回）

3. apiServer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apiServer上的变动（注：这里的watch机制是指其他组件来监听apiserver的变化，而不是apiserver主动向其他组件发送）

4. scheduler发现有新的pod对象要创建（通过watch机制发现），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. apiServcer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，这个宽限期是分配给停止并删除容器等一系列操作过程的宽限期限），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对象中的容器进程收到停止信号

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号（宽限期到后还有进程活动那就开始强制终止了）

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：

1. 初始化容器必须运行完成直至结束，若某初始化容器运行失败，那么kubernetes需要重启它直到成功完成

2. 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，因此可用于延后应用容器的启动直至其依赖的条件得到满足

总的来说，如果有的程序不方便放在主容器，或者需要严格指定先后启动顺序的程序可以放在初始化容器中。

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，但是要求在运行nginx之前先要能够连接上mysql和redis所在服务器

为了简化测试，事先规定好mysql(192.168.1.134)和redis(192.168.1.60)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:     #定义初始化容器，下面两个command作用就是直到ping通mysql和redis服务器为止
  - name: test-mysql
    image: busybox:1.30
    command: ['sh', '-c', 'until ping 192.168.1.134 -c 1 ; do echo waiting for mysql...; sleep 2; done;']
  - name: test-redis
    image: busybox:1.30
    command: ['sh', '-c', 'until ping 192.168.1.60 -c 1 ; do echo waiting for reids...; sleep 2; done;']

开始创建：

kubectl create -f pod-initcontainer.yaml

查看pod启动状态（持续监听）

# -w参数是持续监听和刷新pod状态，这里可以将mysql和redis服务器设置网络通和不通
#观察pod状态变化，如果网络不通是无法启动成功的
kubectl get pod pod-initcontainer -n dev -w

如上图显示了初始化容器从网络不通导致主容器无法运行--->网络通后主容器运行成功的过程 

查看启动过程

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在主容器的启动之后和停止之前提供了两个钩子函数，容器启动后钩子（post start）和容器终止前钩子（pre stop）：

• 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定义动作：

• Exec命令：在容器内执行一次命令

……
  lifecycle:
    postStart:     #容器启动后钩子
      exec:
        command:   #下面是一个数组，拼起来就是一个命令cat /tmp/healthy，如果有healthy文件执行成功，没有则执行失败
        - cat
        - /tmp/healthy
……

• TCPSocket：在当前容器尝试访问指定的socket

……      
  lifecycle:
    postStart:     #容器启动后钩子
      tcpSocket:
        port: 8080 #指容器启动后向8080尝试连接，可以连接表示成功，否则失败
……

• HTTPGet：在当前容器中向某url发起http请求

……
  lifecycle:
    postStart:
      httpGet:
        path: / #目地主机URI地址
        port: 80 #目地主机端口号
        host: 192.168.5.3 #目地主机ip
        scheme: HTTP #支持的协议，http或者https
        #以上字段拼起来就是http://192.168.5.3:80/
……

接下来，以exec方式为例，演示下钩子函数的使用，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:   #开始定义两个钩子
      postStart: 
        exec: # 在容器启动的时候执行一个命令，修改掉nginx的默认首页内容
          command: ["/bin/sh", "-c", "echo postStart... > /usr/share/nginx/html/index.html"]
      preStop:
        exec: # 在容器停止之前停止nginx服务
          command: ["/usr/sbin/nginx","-s","quit"]

下面开始创建启动容器：

kubectl create -f pod-hook-exec.yaml

kubectl get pods pod-hook-exec -n dev -o wide

# 访问nginx主页进行钩子是否生效验证
curl 10.244.1.31:80

 【小技巧】：

钩子的写法如果记不住可以使用explain查看：

kubectl explain pod.spec.containers.lifecycle

#可以将查询字段逐渐细化
kubectl explain pod.spec.containers.lifecycle.postStart

kubectl explain pod.spec.containers.lifecycle.postStart.exec

kubectl explain pod.spec.containers.lifecycle.postStart.exec.command

 

五、容器探测

5.1、  容器探测介绍      

        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，k8s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，k8s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：

• 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
……

• 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
……

• 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:
    httpGet:
      path: / #URI地址
      port: 80 #端口号
      host: 127.0.0.1 #主机地址
      scheme: HTTP #支持的协议，http或者https
……

5.2、探测使用实例演示

下面以liveness probes为例（就绪性探针和存活性探针使用方式是一样的），做几个演示：

方式一：Exec

创建pod-liveness-exec.yaml文件，内容如下：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-liveness-exec
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
    ports: 
    - name: nginx-port
      containerPort: 80
    livenessProbe:
      exec:
        command: ["/bin/cat","/tmp/hello.txt"] # 执行一个查看文件的命令，默认是没有这个文件的，所以会检测失败，会重启容器

创建pod，观察效果：

# 创建pod
kubectl create -f pod-liveness-exec.yaml

# 查看详情
kubectl describe pods pod-liveness-exec -n dev

 观察上面的信息就会发现nginx容器启动之后就进行了健康检查
检查失败之后，容器被kill掉，然后尝试进行重启（这是重启策略的作用，后面讲解）

# 持续查看状态
kubectl get pods pod-liveness-exec -n dev -w

  如上图可以看到，pod虽为running状态，但是稍等一会之后，再观察pod信息，就可以看到RESTARTS不再是0，而是一直增长，状态也会一直在变。

方式二：TCPSocket

创建pod-liveness-tcpsocket.yaml，内容如下：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-liveness-tcpsocket
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
    ports: 
    - name: nginx-port
      containerPort: 80
    livenessProbe:
      tcpSocket:
        port: 8080 # 尝试访问8080端口，当前容器只有nginx服务，用的是80端口，所以8080会检测失败

创建pod，观察效果：

kubectl create -f pod-liveness-tcpsocket.yaml

kubectl describe pods pod-liveness-tcpsocket -n dev

 如果想探测成功，把yaml里探测的8080端口改成80端口就可以了。

方式三：HTTPGet

创建pod-liveness-httpget.yaml文件，内容如下：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-liveness-httpget
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
    ports:
    - name: nginx-port
      containerPort: 80
    livenessProbe:
      httpGet:  # 其实就是访问http://127.0.0.1:80/hello  
        scheme: HTTP #支持的协议，http或者https
        port: 80 #端口号
        path: /hello #URI地址，没写host目标地址，就是访问本机地址，默认没有hello路径，所以会探测报错

创建Pod，观察效果：

kubectl create -f pod-liveness-httpget.yaml

kubectl describe pod pod-liveness-httpget -n dev

 如果想探测成功，把yaml文件里的 path: /hello 改成 path: / 就可以了

5.3、探针的其他子属性

以上，已经使用liveness Probe演示了三种探测方式，但是查看livenessProbe的子属性，会发现除了这三种方式（exec、tcpSocket、httpGet），还有一些其他的配置，在这里一并解释下：

[root@k8s-master01 ~]# kubectl explain pod.spec.containers.livenessProbe
FIELDS:
   exec