k8s系列-Pod的生命周期

K8s中所有的内容都抽象为资源，资源实例化为对象。

集群资源的分类

名称空间级别

工作负载型资源( workload )：Pod、ReplicaSet、Deployment、StatefulSet、DaemonSet、Job、 CronJob ( ReplicationController 在 v1.11 版本被废弃 )
服务发现及负载均衡型资源( ServiceDiscovery LoadBalance ): Service、Ingress、…
配置与存储型资源： Volume( 存储卷 )、CSI( 容器存储接口,可以扩展各种各样的第三方存储卷 )
特殊类型的存储卷：ConfigMap( 当配置中心来使用的资源类型 )、Secret(保存敏感数据)、 DownwardAPI(把外部环境中的信息输出给容器)

集群级别

一旦定义在集群内都可见。

Namespace, Node, Role, ClusterRole, RoleBindiing, ClusterRoleBinding

元数据型

HPA、PodTemplate、LimitRange

在k8s中，一般使用 yaml 格式的文件来创建符合我们预期期望的pod, 这样的 yaml 文件，我们一般成为资源清单。

apiVersion: String, K8s Api的版本，可以用kubectl api-versions命令查询
kind: String, yaml 定义的资源类型和角色
metadata: Object, 元数据对象，固定值就写 metadata

name: 元数据对象的名称
namespace: 元数据对象的命名空间，有我们自身定义

spec:Object 详细定义对象，固定值是Spec

1.Always: Pod 一旦终止运行，则无论容器是否终止， kubelet 服务都将重启它。
2、OnFailure: 只有Pod以非0退出码终止时， kubelet 才会重启该容器，如果容器正常结束，则不会重启
3、Never. Pod 终止后，kubelet将退出码报告给Master，不会重启Pod.
name: String, 这里是定义容器的名字
image: String, 这里定义要用到的镜像名称
imagePullPolicy: String, 定义镜像拉取策略，有Always,Never,IfNotPresent, 三个值。默认是 Always.
command[], List, 容器启动命令，因为是数据可以指定多个，不指定则使用镜像打包时使用的启动命令
args: List， 指定容器启动的命令参数，可以指定多个
workingDir: String, 指定容器的工作目录
volumeMountsp[], List: 指定容器内部的存储卷配置
ports[], List<Object> ,指定容器使用的端口列表
env[]:List<Object> ,指定容器运行前需要设置的环境变量列表
resources: Object, 指定资源限制和资源请求的值
1、Always: 每次都尝试拉取镜像
2、Never: 表示仅使用本地镜像
3、IfNotPresent: 如果本地有镜像就使用本地镜像，没有就拉取在线镜像。
name: String, 指定可以挂载的存储卷的名称
mountPath, String, 指定可以被容器挂载的存储卷的路径
readOnly, String, 设置存储卷路径的读写模型， true 或者 false.
name: String, 端口名称
containerPort: String, 容器你需要监听的端口号
hostPort: String, 指定容器所在主机需要监听的端口号, 默认跟上面 containerPort 相同，注意设置了 hostPort 同一台主机无法启动该容器的相同副本
protocol: String, 指定端口协议，支持 TCP,UDP, 默认是 TCP
name: String, 环境变量名称
value: String, 环境变量值
cpu: m, CPU请求. 单位为core数，容器启动时初始化可用数量
memory: String, 内存请求, 单位 MIB, Gib, 容器启动的初始化可用数量
cpu: String, CPU的限制, 单位为 core 数, 将用于 docker run --cpu-shares参数。
memory: String, Mem内存的限制，单位为 MIB,GiB
limits: 设置容器运行时的资源的运行上限
requests: Object, 指定容器启动和调度时的限制设置
containers[]: list类型, 这里是spec对象的容器列表定义，是个列表
restartPolicy: String, 定义Pod的重启策略, 可选值是 Always, OnFailure, 默认值是 Always.
nodeSelector: Object, 定义Node的label过滤标签，以key,value的格式指定。
imagePullSecrets: Object, 定义pull镜像时使用Secret名称, 以name:secretKey格式指定
hostNetwork: Boolean, 定义是否使用主机网络，默认值为false,设置为true表示使用宿主机网络，不使用docker网桥，同时设置了true将无法在同一台宿主机上启动第二个副本。

可以通过下面的命令实时查看 yaml 的配置内容

kubectl explain pod.

案例

通过资源清单创建一个pod.

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
    name: sample-demo
    namespace: default
    labels:
        app: myapp
spec:
    containers:
    -   name: my-app
        image: fangjiaxiaobai/my-app:v1

使用 kubectl create -f 01-sample-yaml.yaml 创建

使用命令 kubectl get pods -o wide 查看下pod的ip 和状态:

然后使用 curl 10.244.154.195 可以看到

正常返回了 Nginx 的首页信息。

`Pod` 的生命周期

如上图, pod的启动过程是: pod 创建时会首先创建一个 pause 容器. 然后执行创建多个 Init容器, 然后再启动主容器，也就是一般我们使用镜像创建起来的具有业务属性的容器，称为主容器。主容器会经历 Start->Running->Stop,这些状态。

Pause 容器

从名字上看，pause 是一个”暂停”的容器, 它的作用是: 解决pod的网络和存储的问题。pause 容器称为 Infra Container, 其他的容器称为业务容器. Infra container 是一个非常小的镜像，大概 700KB 左右，是一个C语言写的、永远处于“暂停”状态的容器。由于有了这样一个 Infra container 之后，其他所有容器都会通过 Join Namespace 的方式加入到 Infra container 的 Network Namespace 中。

Init 容器

Pod 能够具有多个容器，应用运行在容器里面，但是它也可能有一个或多个先于应用容器启动的Init容器。Init 容器与普通的容器非常像，除了如下两点：

Init 容器总是运行到成功完成为止
每个 Init 容器都必须在下一个 Init 容器启动之前成功完成如果 Pod 的 Init 容器失败，Kubernetes Pod，直到 Init 容器成功为止。然而，如果 Pod 对应的 restartPolicy 为 Never，它不会重新启动

因为 Init 容器具有与应用程序容器分离的单独镜像，所以它们的启动相关代码具有如下优势：

它们可以包含并运行实用工具，但是出于安全考虑，是不建议在应用程序容器镜像中包含这些实用工具的
它们可以包含使用工具和定制化代码来安装，但是不能出现在应用程序镜像中。例如，创建镜像没必要 FROM 另一个镜像，只需要在安装过程中使用类似 sed、 awk、 python 或 dig 这样的工具。
应用程序镜像可以分离出创建和部署的角色，而没有必要联合它们构建一个单独的镜像。
Init 容器使用 Linux Namespace，所以相对应用程序容器来说具有不同的文件系统视图。因此，它们能够具有访问 Secret 的权限，而应用程序容器则不能。
它们必须在应用程序容器启动之前运行完成，而应用程序容器是并行运行的，所以 Init 容器能够提供了一种简单的阻塞或延迟应用容器的启动的方法，直到满足了一组先决条件。

`init`小实验。

实验目的: init 容器会依次启动，只有 init 容器启动完成之后，主容器才会启动.

实验步骤

创建 pod.
查看 pod 的状态变化
查看 pod 中 initC 的日志
创建 Service-1
查看 pod 的状态变化
查看 pod 中 initC 的日志
创建 Service-2
查看 pod 的状态变化
查看 pod 中 initC 的日志
查看 pod 的日志

创建 `pod`.

02-init-demo.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: init-demo
  labels:
    app: init-app
spec:
  containers:
  - name: my-init-demo
    image: fangjiaxiaobai/my-app:v1
    command: ["sh", "-c", "echo the app is running! && sleep 3600"]
  initContainers:
  - name: init-myservice-1
    image: busybox
    command: ['sh', '-c', "until nslookup my-service-1; do echo 'waiting for my-service-1'; sleep 2; done;"]
  - name: init-myservice-2
    image: busybox
    command: ['sh', '-c', "until nslookup my-service-2; do echo 'waiting for my-service-2'; sleep 2; done;"]

使用命令 kubectl create -f 02-init-demo.yaml 创建 pod.

新开一个窗口使用 kubectl get pods -w -o wide 命令查看 pod 的启动变化.

查看查看 `pod` 中`init-c-1`的日志

发现 initC-1 一直在 nslookup 查找 my-service-1.

创建 `Service-1`

02-init-demo-my-service-01.yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service-1
spec:
  ports:
   - protocol: TCP
     port: 80
     targetPort: 8080

使用命令 kubectl create -f 02-init-demo-my-service-01.yaml

查看 pod 中第一个 InitC 的日志

会出现

Server:  10.96.0.10
Address: 10.96.0.10:53

Name: my-service-1.default.svc.cluster.local
Address: 10.108.140.48

然后查看 pod 的状态. 会出现一条：

init-demo   0/1     Init:1/2   0          4m1s   10.244.154.204   k8s-node-01   <none>           <none>

创建 `Service-2`

02-init-demo-my-service-02.yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service-2
spec:
  ports:
   - protocol: TCP
     port: 80
     targetPort: 8080

使用命令 kubectl create -f 02-init-demo-my-service-01.yaml

查看 pod 中第二个InitC的日志直到出现

Server:  10.96.0.10
Address: 10.96.0.10:53

Name: my-service-2.default.svc.cluster.local
Address: 10.107.13.223

然后查看 pod 的状态. 会出现一条：

init-demo   0/1     PodInitializing   0          6m52s   10.244.154.204   k8s-node-01   <none>           <none>

然后就会启动 pod . 最终出现

init-demo   1/1     Running           0          6m53s   10.244.154.204   k8s-node-01   <none>           <none>

然后查看 pod 的日志,会输出 the app is running.

[root@k8s-master-01 k8s-yamls]# kubectl logs -f init-demo
Defaulted container "my-init-demo" out of: my-init-demo, init-myservice-1 (init), init-myservice-2 (init)
the app is running!

关于init容器的特殊说明

在 Pod 启动过程中， Init 容器会按顺序在网络和数据卷初始化之后启动。每个容器必须在下一个容器启动之前成功退出
如果由于运行时或失败退出，将导致容器启动失败，它会根据 Pod 的 restartPolicy 指定的策略进行重试。然而，如果 Pod 的 restartPolicy 设置为 Always，Init 容器失败时会使用 RestartPolicy 策略
在所有的 Init 容器没有成功之前，Pod 将不会变成 Ready 状态。Init 容器的端口将不会在 Service 中进行聚集。正在初始化中的 Pod 处于 Pending 状态，但应该会将 Initializing 状态设置为 true
如果 Pod 重启，所有 Init 容器必须重新执行
对 Init 容器 spec 的修改被限制在容器 image 字段，修改其他字段都不会生效。更改 Init容器的 image 字段，等价于重启该 Pod
Init 容器具有应用容器的所有字段。除了 readinessProbe ，因为 Init 容器无法定义不同于完成 (completion) 的就绪（readiness）之外的其他状态。这会在验证过程中强制执行
在 Pod 中的每个 app 和 Init 容器的名称必须唯一；与任何其它容器共享同一个名称，会在验证时抛出错误.

探针检测

探针是由 kubelet 对容器执行的定期诊断。要执行诊断，kubelet 调用由容器实现的 Handler。有三种类型的处理程序：

ExecAction：在容器内执行指定命令。如果命令退出时返回码为 0 则认为诊断成功。
TCPSocketAction：对指定端口上的容器的 IP 地址进行 TCP 检查。如果端口打开，则诊断被认为是成功的。
HTTPGetAction：对指定的端口和路径上的容器的 IP 地址执行 HTTP Get 请求。如果响应的状态码大于等于 200 且小于 400，则诊断被认为是成功的

每次探测都将获得以下三种结果之一：

成功：容器通过了诊断。
失败：容器未通过诊断。
未知：诊断失败，因此不会采取任何行动

探测的方式

livenessProbe：指示容器是否正在运行。如果存活探测失败，则 kubelet 会杀死容器，并且容器将受到其重启策略的影响。如果容器不提供存活探针，则默认状态为 Success
readinessProbe：指示容器是否准备好服务请求。如果就绪探测失败，端点控制器将从与 Pod 匹配的所有 Service 的端点中删除该 Pod 的 IP 地址。初始延迟之前的就绪状态默认为 Failure。如果容器不提供就绪探针，则默认状态为 Success

Pod Hook

Pod hook（钩子）是由 Kubernetes 管理的 kubelet 发起的，当容器中的进程启动前或者容器中的进程终止之前运行，这是包含在容器的生命周期之中。可以同时为 Pod 中的所有容器都配置 hook

Hook 的类型包括两种：

exec：执行一段命令
HTTP：发送HTTP请求

PodSpec 中有一个 restartPolicy 字段，可能的值为 Always、OnFailure 和 Never。默认为Always。restartPolicy 适用于 Pod 中的所有容器。restartPolicy 仅指通过同一节点上的 kubelet 重新启动容器。失败的容器由 kubelet 以五分钟为上限的指数退避延迟（10秒，20秒，40秒…）重新启动，并在成功执行十分钟后重置。如 Pod 文档中所述，一旦绑定到一个节点，Pod 将永远不会重新绑定到另一个节点。

Pod phase

Pod 的 status 字段是一个 PodStatus 对象，PodStatus中有一个 phase 字段。PodStatus 的相位（phase）是 Pod 在其生命周期中的简单宏观概述。该阶段并不是对容器或 Pod 的综合汇总，也不是为了做为综合状态机Pod 相位的数量和含义是严格指定的。除了本文档中列举的状态外，不应该再假定 Pod 有其他的 phase 值

phase的值

挂起（Pending）：Pod 已被 Kubernetes 系统接受，但有一个或者多个容器镜像尚未创建。等待时间包括调度 Pod 的时间和通过网络下载镜像的时间，这可能需要花点时间
运行中（Running）：该 Pod 已经绑定到了一个节点上，Pod 中所有的容器都已被创建。至少有一个容器正在运行，或者正处于启动或重启状态
成功（Succeeded）：Pod 中的所有容器都被成功终止，并且不会再重启
失败（Failed）：Pod 中的所有容器都已终止了，并且至少有一个容器是因为失败终止。也就是说，容器以非 0 状态退出或者被系统终止
未知（Unknown）：因为某些原因无法取得 Pod 的状态，通常是因为与 Pod 所在主机通信失败

两个小实验。

Readiness

03-readness-demo.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: readness-demo
spec:
  containers:
  - name: readness-demo-container
    image: fangjiaxiaobai/my-app:v1
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    readinessProbe:
      httpGet:
        port: 80
        path: /index.html
      initialDelaySeconds: 1
      periodSeconds: 3

可以看到 readness-demo 正常启动成功，也已经ready了。

下面删掉 readness-demo 这个pod , 然后把 path:/index.html 改成 path:/index1.html如下:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: readness-demo
spec:
  containers:
  - name: readness-demo-container
    image: fangjiaxiaobai/my-app:v1
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    readinessProbe:
      httpGet:
        port: 80
        path: /index1.html
      initialDelaySeconds: 1
      periodSeconds: 3

可以看到 ready: 0/1 , 我们可以查看一下 pod 的详细信息.

Readiness Failed

这时，我们进入容器中, 新建一个 index1.html 页面.

然后查看一下 pod 的状态。

Liveness

04-liveness-demo-exec.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: liveness-demo
  namespace: default
spec:
  containers:
  - name: liveness-demo-container
    image: fangjiaxiaobai/my-app:v1
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    command: ['/bin/sh', '-c', 'touch /tmp/live; sleep 20; rm -rf /tmp/live; sleep 3600;']
    livenessProbe:
      exec:
        command: ['test', '-e', '/tmp/live']
      initialDelaySeconds: 1
      periodSeconds: 1

然后查看pod的状态

04-liveness-httpGet-demo.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: liveness-http-get-demo
  namespace: default
spec:
  containers:
  - name: liveness-http-get-container
    image: fangjiaxiaobai/my-app:v1
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    ports:
    - name: http-port
      containerPort: 80
    livenessProbe:
      httpGet:
        port: http-port
        path: /index.html
      initialDelaySeconds: 1
      periodSeconds: 1
      timeoutSeconds: 10

然后，我们删除index.html

kubectl exec liveness-http-get-demo -it -- rm -rf /usr/share/nginx/html/index.html

可以发现 pod 进行了重启。如下图(我删除了两次)

启动和停止

在pod的生命周期中, 我们讲完了 pause, initC, liveness, readiness. 还剩下 Starter 和 Stop.

这个也比较简单，我通过下面这个实验来演示一下 pod 的启动和停止。

05-start-and-stop-demo.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: starter-stop-demo
  namespace: default
spec:
  containers:
  - name: stop-stop-demo-container
    image: fangjiaxiaobai/my-app:v1
    lifecycle:
      postStart:
        exec:
          command: ['/bin/sh', '-c', 'echo Hello from podStart handler > /usr/share/message']
      preStop:
        exec:
          command: ['/bin/sh', '-c', 'echo Bye from podStop handler']