K8S学习笔记（七）- K8S Pod详解 - Pod的生命周期

K8S学习笔记（七）- K8S Pod详解 - Pod的生命周期

三月 19, 2022

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。
  • 运行初始化容器（init container）过程
  • 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
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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）：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）：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。

创建和终止

Pod的创建过程

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  • 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。

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。

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：

  • 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。
  • 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

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apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-initcontainer
  namespace: dev
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;"]
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# 创建pod
kubectl create -f pod-initcontainer.yaml

# 查看
kubectl describe pod pod-initcontainer -n dev

# 动态查看
kubectl get pod pod-initcontainer -n dev -w

# 修改上面的IP为可ping通IP后，重新创建就绪创建成功了

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的三种方式定义动作：

  • ① exec命令：在容器内执行一次命令
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    ……
      lifecycle:
         postStart: 
            exec:
               command:
                 - cat
                 - /tmp/healthy
    ……
  • ② tcpSocket：在当前容器尝试访问指定的socket
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    …… 
       lifecycle:
          postStart:
             tcpSocket:
                port: 8080
    ……
  • ③ httpGet：在当前容器中向某url发起HTTP请求
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    …… 
       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：
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    apiVersion: v1
    kind: Pod
    metadata:
      name: pod-hook-exec
      namespace: dev
    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"]
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kubectl create -f pod-hook-exec.yaml

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

# 访问, 10.244.36.66为容器IP
curl 10.244.36.66

容器探针

概述

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。

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。

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
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    ……
      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
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    ……
       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之前，则认为程序正常，否则不正常
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    ……
       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
    ……

exec方式

创建pod-liveness-exec.yaml文件

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apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-liveness-exec
  namespace: dev
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
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kubectl create -f pod-liveness-exec.yaml

# 查看
kubectl get pod pod-liveness-exec -n dev
kubectl describe pod pod-liveness-exec -n dev

观察上面 describe 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。

tcpSocket方式

创建pod-liveness-tcpsocket.yaml文件

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apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-liveness-tcpsocket
  namespace: dev
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

httpGet方式

创建pod-liveness-httpget.yaml文件

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apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-liveness-httpget
  namespace: dev
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

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。

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kubectl explain pod.spec.containers.livenessProbe

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

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：

  • 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：

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apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-restart-policy
  namespace: dev
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
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kubectl create -f pod-restart-policy.yaml

# 查看
kubectl get pod pod-restart-policy -n dev
kubectl describe pod pod-restart-policy -n dev