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一、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:

  1. Pod创建过程。
  2. 运行初始化容器(init container)过程。
  3. 运行主容器(main container):
    3.1 容器启动后钩子(post start)、容器终止前钩子(pre stop)。
    3.2 容器的存活性探测(liveness probe)、就绪性探测(readiness probe)。
  4. Pod终止过程。
    image.png

在整个生命周期中,Pod会出现5种状态(相位),分别如下:

  1. 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。
  2. 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。
  3. 成功(Succeeded):Pod中的所有容器都已经成功终止并且不会被重启。
  4. 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。
  5. 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。

二、创建和终止

1. Pod的创建过程

image.png

  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,并将结果回送至API Server。
  6. API Server将接收到的Pod状态信息存入到etcd中。

2. Pod的终止过程

  1. 用户向API Server发送删除Pod对象的命令。
  2. API Server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. kubelete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,如果Pod中还存在运行的进程,那么Pod对象会收到立即终止的信号。
  9. 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了。

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,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。
  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:

  1. 提供主容器镜像中不具备的工具程序或自定义代码。
  2. 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。

接下来做一个案例,模拟下面这个需求:

  1. 假设要以主容器来运行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。
  2. 为了简化测试,事先规定好MySQL和Redis所在的IP地址分别为192.168.18.103和192.168.18.104(注意,这两个IP都不能ping通,因为环境中没有这两个IP)。

创建pod-initcontainer.yaml文件,内容如下:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-initcontainer
  namespace: dev
  labels:
    user: test
spec:
  containers: # 容器配置
    - name: nginx
      image: nginx:1.17.1
      imagePullPolicy: IfNotPresent
      ports:
        - name: nginx-port
          containerPort: 80
          protocol: TCP
      resources:
        limits:
          cpu: "2"
          memory: "10Gi"
        requests:
          cpu: "1"
          memory: "10Mi"
  initContainers: # 初始化容器配置
    - name: test-mysql
      image: busybox:1.30
      command: ["sh","-c","until ping 192.168.18.103 -c 1;do echo waiting for mysql ...;sleep 2;done;"]
      securityContext:
        privileged: true # 使用特权模式运行容器
    - name: test-redis
      image: busybox:1.30
      command: ["sh","-c","until ping 192.168.18.104 -c 1;do echo waiting for redis ...;sleep 2;done;"]

创建Pod:

kubectl create -f pod-initcontainer.yaml

image.png

查看Pod状态:

kubectl describe pod pod-initcontainer -n dev

image.png

动态查看Pod:

kubectl get pod pod-initcontainer -n dev -w

image.png

接下来,新开一个shell,为当前服务器(192.168.18.100)新增两个IP,观察Pod的变化:

ifconfig ens33:1 192.168.18.103 netmask 255.255.255.0 up
ifconfig ens33:2 192.168.18.104 netmask 255.255.255.0 up

image.png

四、运行主容器

1. 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:

  1. post start:容器创建之后执行,如果失败会重启容器。
  2. 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的三种方式定义动作:
exec命令:在容器内执行一次命令。

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

tcpSocket:在当前容器尝试访问指定的socket

   …… 
      lifecycle:
         postStart:
            tcpSocket:
               port: 8080
   ……

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: 192.168.109.100 #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
  labels:
    user: xudaxian
spec:
  containers: # 容器配置
    - name: nginx
      image: nginx:1.17.1
      imagePullPolicy: IfNotPresent
      ports:
        - name: nginx-port
          containerPort: 80
          protocol: TCP
      resources:
        limits:
          cpu: "2"
          memory: "10Gi"
        requests:
          cpu: "1"
          memory: "10Mi"
      lifecycle: # 生命周期配置
        postStart: # 容器创建之后执行,如果失败会重启容器
          exec: # 在容器启动的时候,执行一条命令,修改掉Nginx的首页内容
            command: ["/bin/sh","-c","echo postStart ... > /usr/share/nginx/html/index.html"]
        preStop: # 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
          exec: # 在容器停止之前停止Nginx的服务
            command: ["/usr/sbin/nginx","-s","quit"]

创建Pod:

kubectl create -f pod-hook-exec.yaml

image.png

查看Pod:

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

image.png

访问Pod:

curl 10.244.1.11

image.png

2. 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:

  1. 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。
  2. 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。

livenessProbe:存活性探测,决定是否重启容器。
readinessProbe:就绪性探测,决定是否将请求转发给容器。

k8s在1.16版本之后新增了startupProbe探针,用于判断容器内应用程序是否已经启动。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,一旦成功将不再进行探测。

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
    ……
  1. 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
    ……
  1. httpGet:调用容器内web应用的URL,如果返回的状态码在200和399之前,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
    ……

1. exec方式

  • 创建pod-liveness-exec.yaml文件,内容如下:
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-liveness-exec
  namespace: dev
  labels:
    user: xudaxian
spec:
  containers: # 容器配置
    - name: nginx
      image: nginx:1.17.1
      imagePullPolicy: IfNotPresent
      ports:
        - name: nginx-port
          containerPort: 80
          protocol: TCP
      livenessProbe: # 存活性探针
        exec:
          command: ["/bin/cat","/tmp/hello.txt"] # 执行一个查看文件的命令,必须失败,因为根本没有这个文件

创建Pod:

kubectl create -f pod-liveness-exec.yaml

image.png

查看Pod详情:

kubectl describe pod pod-liveness-exec -n dev

image.png

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。
稍等一会之后,再观察Pod的信息,就会看到RESTARTS不再是0,而是一直增长。

查看Pod信息:

kubectl get pod pod-liveness-exec -n dev

image.png

2. tcpSocket方式

创建pod-liveness-tcpsocket.yaml文件,内容如下:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-liveness-tcpsocket
  namespace: dev
  labels:
    user: xudaxian
spec:
  containers: # 容器配置
    - name: nginx
      image: nginx:1.17.1
      imagePullPolicy: IfNotPresent
      ports:
        - name: nginx-port
          containerPort: 80
          protocol: TCP
      livenessProbe: # 存活性探针
        tcpSocket:
          port: 8080 # 尝试访问8080端口,必须失败,因为Pod内部只有一个Nginx容器,而且只是监听了80端口

创建Pod:

kubectl create -f pod-liveness-tcpsocket.yaml

image.png

查看Pod详情:

kubectl describe pod pod-liveness-tcpsocket -n  dev

image.png

观察上面的信息,发现尝试访问8080端口,但是失败了
稍等一会之后,再观察Pod的信息,就会看到RESTARTS不再是0,而是一直增长。

查看Pod信息:

kubectl get pod pod-liveness-tcpsocket -n dev

image.png

3. httpGet方式

创建pod-liveness-httpget.yaml文件,内容如下:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-liveness-httpget
  namespace: dev
  labels:
    user: xudaxian
spec:
  containers: # 容器配置
    - name: nginx
      image: nginx:1.17.1
      imagePullPolicy: IfNotPresent
      ports:
        - name: nginx-port
          containerPort: 80
          protocol: TCP
      livenessProbe: # 存活性探针
        httpGet: # 其实就是访问http://127.0.0.1:80/hello
          port: 80 # 端口号
          scheme: HTTP # 支持的协议,HTTP或HTTPS
          path: /hello # URI地址
          host: 127.0.0.1 # 主机地址
  • 创建Pod:
kubectl create -f pod-liveness-httpget.yaml

image.png

查看Pod详情:

kubectl describe pod pod-liveness-httpget -n dev

image.png

查看Pod信息:

kubectl get pod pod-liveness-httpget -n dev

image.png

4. 容器探测的补充

上面已经使用了livenessProbe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,还有一些其他的配置。

kubectl explain pod.spec.containers.livenessProbe

image.png

FIELDS:
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

五、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的重启策略决定的,Pod的重启策略有3种,分别如下:

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

重启策略适用于Pod对象中的所有容器,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以此为10s、20s、40s、80s、160s和300s,300s是最大的延迟时长。

创建pod-restart-policy.yaml文件,内容如下:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-restart-policy
  namespace: dev
  labels:
    user: xudaxian
spec:
  containers: # 容器配置
    - name: nginx
      image: nginx:1.17.1
      imagePullPolicy: IfNotPresent
      ports:
        - name: nginx-port
          containerPort: 80
          protocol: TCP
      livenessProbe: # 存活性探测
        httpGet:
          port: 80
          path: /hello
          host: 127.0.0.1
          scheme: HTTP
  restartPolicy: Never # 重启策略

创建Pod:

kubectl create -f pod-restart-policy.yaml

image.png

查看Pod详情,发现nginx容器启动失败:

kubectl describe pod pod-restart-policy -n dev

![image-20210707182941760](D:\learn\k8s\13. pod生命周期.assets\image-20210707182941760.png)

多等一会,观察Pod的重试次数,发现一直是0,并未重启。

查看Pod:

kubectl get pod pod-restart-policy -n dev

image.png

Q.E.D.


只有创造,才是真正的享受,只有拚搏,才是充实的生活。