K8S的pod基础

落宿
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pod基础概念

pod是kubernetes中最小的资源管理组件，Pod也是最小化运行容器化应用的资源对象。一个Pod代表着集群中运行的一个进程。kubernetes中其他大多数组件都是用绕着Pod来进行支撑和扩展Pod功能的，例如，用于管理eod运行的StatefulSet和Deploment等控制器对象，用于暴露pod应用的service和Ingress对象，为pod提供存储的PersistentVolme（PV）存储资源对象等。

在K8S集群中pod的两种使用方式

  1. 一个pod中运行一个容器。"每个pod中一个容器"的模式是最常见的用法:在这种使用方式中，你可以把pod想象成是单个容器的封装，kterentes管理的是Pod而不是直接管理容器。

  2. 在一个Pod中同时运行多个容器。一个Pod中也可以同时封装几个需要紧密耦合互相协作的容器，它们之间共享资源。这些在同一个Pod中的容器可以互相协作成为一个service单位，比如一个容器共享文件，另一个"sidecar"容器（边车容器）来更新这些文件。Pod将这些突器的存储资源作为一个实体来管理

pod 容器的常规使用流程

一个Pod下的容器必须运行于同一节点上。现代容器技术建议一个容器只运行一该进程在容器中PID命名空间中的进程号为1，可直接接收并处理信号，进程终止时容个讲程，器生命固期也就结束了。若想在容器内运行多个进程，需要有一个类似Linux操作系统1进程的管控类进程，以树状结构完成多进程的生命周期管理。

运行于各自容器内的进程无法直接完成网络通信，这是由于容器间的隔离机制导致，k8s中的Pod资源抽象正是解决此类问题，Pod对象是一组容器的集合，这些容器共享Network、UTS及IPC命名空间，因此具有相同的域名、主机名和网络接口，并可通过IPC直接通信。

Pod资源中针对各容器提供网络命令空间等共享机制的是底层基础容器pause,基础容器( 也可称为父容器) pause就是为了管理Pod容器间的共享操作，这个父容器需要能够准确地知道如何去创建共享运行环境的容器，还能管理这些容器的生命周期。为了实现这个父容器的构想，kubernetes中，用pause容器来作为一个Pod中所有容器的父容器。这个pause容器有两个核心的功能，是它提供整个Pod的Linux命名空间的基础。二来启用PID命名空间，它在每个Pod中都作为PID为1进程(init进程)，并回收僵尸进程。

Kubernetes设计这样的Pod概念和特殊组成结构的用意

  • 原因一：在一组容器作为一个单元的情况下，难以对整体的容器简单地进行判断及有效地进行行动。比如，一个容器死亡了，此时是算整体挂了么?那么引入与业务无关的Pause容器作为Pod的基础容器，以它的状态代表着整个容器组的状态，这样就可以解决该问题。

image.png

  • 原因二：Pod里的多个应用容器共享Pause容器的IP，共享Pause容器挂载的volume，这样简化了应用容器之间的通信问题，也解决了容器之间的文件共享问题。

通常把Pod分为两类

自主式Pod

这种Pod本身是不能自我修复的，当Pod被创建后 (不论是你直接创建还是被其他的Controller)，都会kuberentes调度到集群的node上。直到node的进程终止、被删掉、因为缺少资源资源而被驱逐、或者node节点故障之前都会一直保持在那个node上。pod不会自愈。如果pod运行时，所在的node节点 故障，或者是调度器本身故障，这个pod就会被删除。同样的，如果Pod所在Node缺少资源或者Pod处于维护状态，Pod也会被驱逐。

控制器管理的Pod

Kubernetes使用更高级的概为controller的抽象层，来管理eod实例。controller可以创建和管理多个pod，提供副本管理、滚动升级和集群级别的自愈能力。例如，如果一个Node故障，Controller就能自动将该节点上的Pod调度到其他健康的node上。虽然可以直接使用Pod，但是在Kubernetes中通常是使用controller来管理Pod的。

Pod容器的分类

pause基础容器（infrastructure container）

  • 维护整个Pod网络和存储空间
  • node节点中操作
  • 启动一个Pod时，k8s会自动启动一个基础容器
cat /opt/ kubernetes/cfg/ kubelet
......
--pod-infra-container-image=registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google-containers/pause-amd64:3.0
  • 每次创建Pod时候就会创建，运行的每一个Pod都有一个pause-amd64 的基础容器自动会运行，对于用户是透明的
docker ps -a
registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google-containers/pause-amd64:3.0"/pause"

查看pause容器的基础镜像

查看pause容器的基础镜像：docker images

image.png

配置kubelet使用阿里云的镜像

#查看pause配置镜像文件
cat /etc/sysconfig/kubelet

image.png

#配置修改为阿里的官方pause镜像源，再重启一下kubelet
cat > /etc/sysconfig/kubelet << EOF
KUBELET_EXTRA_ARGS=--pod-infra-container-image=registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google-containers/pause-amd64:3.0"
EOF

pause容器的作用 

  • 在pod中担任Linux命名空间( 如网络命令空间)共享的基础
  • 启用PID命名空间，开启init进程。

image.png

pause容器使得Pod中的所有容器可以共享两种资源：网络和存储

  • 网络：
    • 每个Pod都会被分配一个唯一的IP地址。Pod中的所有容器共享网络空间，包括IP地址和端口。Pod内部的容器可以使用localhost互相通信。Pod中的容器与外界通信时，必现分配共享网络资源（例如使用宿主机的端口映射）。
  • 存储：
    • Pod可以指定多个共享的Volume。Pod中的所有容器都可以访问共享的Volume。Volume也可以用来持久化Pod中的存储资源，以防容器重启后文件丢失。

image.png

总结

每个Pod都有一个特殊的被称为"基础容器"的Pause容器。Pause容器对应的镜像属于Kubernetes平台的一部分，除了Pause容器，每个Pod还包含一个或者多个紧密相关的用户应用容器。

初始化容器（initcontainers)

Init容器必须在应用程野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。

Init容器与普通的容器非常像，除了以下两点：

  • 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启动和退出

如果Pod 的Init容器失败，k8s 会不断地重启该Pod，直到Init层容器成功为止。然而，如果Pod对应的重启策略（restatolicy）为Never，它不会重新启动。

Init的容器作用

因为init容器具有与应用容器分离的单独镜像，其启动相关代码具有如下优势：

  • Init容器可以包含一些安装过程中应用容器中不存在的实用工具或个性化代码。例如，没有必要仅为了在安装过程中使用类似 sed、awk、python或dig这样的工具而去FROM一个镜像来生成一个新的镜像。
  • Init容器可以安全地运行这些工具，避免这些工具导致应用镜像的安全性降低。
  • 应用镜像的创建者和部署者可以各自独立工作，而没有必要联合构建一个单独的应用镜像。
  • Init容器能以不同于Pod内应用容器的文件系统视图运行。因此，Init容器可具有访问Secrets的权限，而应用容器不能够访问。
  • 由于Init容器必须在应用容器启动之前运行完成，因此 Init容器提供了一种机制来阻塞或延迟应用容器的启动，直到满足了一组先决条件。一旦前置条件满足，Pod内的所有的应用容器会并行启动。

应用容器（业务容器，Maincontainer）

提供业务服务，它是并行启动，要在所有init容器成功的完成启动、运行和退出后才会启动应用容器

image.png

Pod镜像拉取策略（image PullPolicy）

Pod 的核心是运行容器，必须指定容器引擎，比如 Docker，启动容器时，需要拉取镜像，k8s 的镜像拉取策略可以由用户指定：

  1. IfNotPresent：在镜像已经存在的情况下，kubelet将不再去拉取镜像，仅当本地缺失时才从仓库中拉取，默认的镜像拉取策略
  2. Always：每次创建 Pod都会重新拉取一次镜像
  3. Never：Pod 不会主动拉取这个镜像，仅使用本地镜像。

默认镜像拉取策略：

  • 对于标签为":latest"的镜像文件，其默认的镜像获取策略即为"Always"；
    • 在没有指定标签的情况下，标签默认会是latest，如kubectl run XXX --image=nginx，所以其默认的镜像获取策略仍为"Always"
  • 而对于其他标签的镜像，其默认策略则为"IfNotPresent"。

官方示例：kubernetes.io/docs/concep…

例：

kubectl apply -f - <<EOF      #如果kubectl apply -f后面跟的不是文件，而是内容，那么-f后面一定要加一个 -
apiversion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: private-image-test-1
spec:
  containers:
    - name: uses-private-image
      image: $PRIVATE_IMAGE_NAME
      imagePullPolicy: Always           #镜像拉取策略用的Always
      command: ["echo", "SUCCESS"]      #容器启动时，执行echo命令，完成后，容器就会退出
EOF

示例

生成一个nginx的yaml模板文件。 image.png

IfNotPresent演示

  1. 修改模板文件，删掉不需要用的字段，再containers下一级添加imagePullPolicy字段，将策略设置为IfNotPresent image.png

  2. 先保证两个node节点都有nginx:latest的镜像 image.png image.png

  3. 执行yaml文件，创建pod image.png image.png image.png image.png image.png

  4. 不使用yaml文件，直接kubectl run来创建pod，使用的是1.14版本（确保两个节点没有nginx1.14版本） image.png image.png image.png image.png image.png

Always演示

  1. 删除之前创建的nginx-test1的pod，修改yaml文件中的镜像拉取策略为Always image.png image.png

  2. 此时两个node节点存在nginx:latest的镜像，执行yaml文件创建pod image.png

  3. 查看该pod的详细信息 image.png image.png

Never演示

  1. 删除之前创建的nginx-test1的pod，修改yaml文件中的镜像拉取策略为Never，版本号改为1.14 image.png image.png

  2. 此时两个node节点都没有nginx:1.14的镜像（如果有，删除该镜像），执行yaml文件创建pod image.png image.png image.png image.png

  3. 删除创建的nginx-test1的pod，在两个node节点拉取nginx:1.14镜像，再次执行yaml文件 image.png image.png image.png image.png

默认镜像拉取策略演示

  1. 基于nginx:1.14创建镜像 image.png image.png

  2. 基于nginx:latest创建镜像 image.png image.png

  3. 不指定标签 image.png image.png

出现ImagePullBackOff的原因

当kubelet使用容器运行时创建Pod时，容器可能因为ImagePullBackOff 导致状态为Waiting。

ImagePullBackoff状态意味着容器无法启动，因为Kubernetes无法拉取容器镜像（原因包括无效的镜像名称，或从私有仓库拉取而没有 imagePullSecret）。Backoff 部分表示Kubernetes将继续尝试拉取镜像，并增加回退延迟。

Kubernetes 会增加每次尝试之间的延迟，直到达到编译限制，即300秒（5分钟）。

Pod容器重启策略

重启策略（restartPolicy）：当 Pod 中的容器退出时通过节点上的 kubelet重启容器。适用于 Pod 中的所有容器。

  • Always：当容器终止退出后，总是重启容器，默认策略
  • OnFailure：当容器异常退出（退出状态码非0）时，重启容器；正常退出则不重启容器
  • Never：当容器终止退出，从不重启容器。

回顾

docker容器重启策略：docker run --restart=no|always|on-failure[:n]|unless-stopped

never，默认策略，在容器退出时不重启容器。
on-failure，在容器非正常退出时(退出状态非0)，才会重启容器。
on-failure:3，在容器非正常退出时重启容器，最多重启3次。
always，在容器退出时总是重启容器。
unless-stopped，在容器退出时总是重启容器，但是不考虑在Docker守护进程启动时就已经停止了的容器。

示例

删除掉前面测试用的pod image.png

Always演示

  1. 修改yaml文件，重启策略（取消注释）和拉取镜像策略都改成Always，并且加上执行命令 image.png

  2. 执行yaml文件 image.png image.png image.png

Never演示

  1. 删除前面测试用pod，重启策略改成Never image.png

  2. 执行yaml文件 image.png image.png

  3. 去往对应node节点查看，容器执行完操作就已经退出，但也没有再重启 image.png image.png

OnFailure演示

  1. 删除前面测试用pod，重启策略改成OnFailure image.png

  2. 执行yaml文件 image.png image.png image.png

  3. 去往对应node节点查看，容器执行完操作就已经退出，但也没有再重启。因为OnFailure在退出状态码为0（正常退出）时，不会重启 image.png

  4. 删除前面测试用pod，并修改操作 image.png

  5. 执行yaml文件 image.png image.png

  6. 去往对应node节点查看，容器退出返回码为3，所以会进行重启 image.png image.png

注意

  • K8S 中不支持重启 Pod资源，只有删除重建
  • 在用yaml方式创建Deployment和StatefulSet类型时，restartPolicy只能是Always
  • kubectl run一个pod可以选择Always, OnFailure, Never三种策略

示例

创建deployment资源的yaml文件进行测试 image.png image.png image.png image.png image.png

总结

Pod 的定义：Pod是K8S 最小的创建和运行单元

1个Pod能包含几个必需容器?

  • 1个pause容器（基础容器/父容器/根容器）
  • 1个或者多个应用容器（业务）

一个应用容器最好只运行一个进程

同一个Pod里的容器，是运行在同一个Node节点上的，共享net、uts、ipc、mnt命名空间

pause容器的作用?

  • 给 Pod中的所有应用容器提供网络和存储资源的共享
  • 作为PID=1的进程（init进程）管理整个 Pod中的容器组的生命周期

Pod类型分2种

  • 自主式Pod（静态Pod）
    • 不被控制器管理的，没有自愈能力，即一旦Pod挂掉了，是不会被重新拉起；没有副本管理能力，即pod到副本数量不会因为达不到预期数目而创建新的pod；不支特流动升级；Pod资源信息保存在Node 上。一般用于测试使用
  • 控制器管理的Pod（动态Pod）
    • 被控制器管理的，有自愈能力，即一旦Pod挂掉了，会被重新拉起；有副本管理能力，即pod副本数量会因为达不到预期数目而创建新的pod；支持流动升级；pod资源信息保存在etcd上。生产环境一般是使用控制器管理pod。

Pod中的容器类型分3种

  • pause容器（基础容器/父容器/根容器）：给容器组环境初始化
  • Init容器（初始化容器）：
    • 阻塞或延迟应用容器的启动；可以为应用容器事先提供好运行环境和实用工具
    • 有多个init容器时，是串行启动的，每个init容器都必须在下一个init容器启动前成功的完成启动、运行和退出
  • 应用容器（业务容器/main容器）：
    • 提供应用程序业务
    • 并行启动的，要在所有Init容器成功的完成启动、运行和退出后才会启动应用容器

Pod容器镜像拉取策略3种

imagePullPolicy字段位置在containers 下一个层级里

  • IfNotPresent：优先使用本地已存在的镜像，如本地没有则从仓库中拉取镜像
  • Always：总是从仓库拉取镜像，无论本地是否存在镜像
  • Never：仅使用本地镜像，并总是不从仓库拉取镜像

默认镜像拉取策略：

  • 镜像的标签为latest或无标签时image: XXX:latest /XXX，默认的镜像拉取策略为Always
  • 镜像的标签为非latest时image: XXX:XXX，默认的镜像拉取策略为 IfNotPresent

Pod容器的重启策略3种

restartPolicy字段位置与containers 在同一层级

  • Always：当Pod中的容器退出时，总是重启容器，无论容器退出状态码如何。默认的重启策略
  • OnFailure：当Pod中的容器异常退出（容器退出状态码非0）时，会重启容器，正常退出（容器退出状态码为0）时不重启容器
  • Never：当Pod中的容器退出时，总是不重启容器，无论容器退出状态码如何

注意：

  • K8S 中不支持重启 Pod资源，只有删除重建。
  • 在用yaml方式创建Deployment和Statefulset 类型时，restartPolicy 只能是Always，kubectl run创建 Pod可以选择 Always，OnFailure，Never 三种策略

在k8s中指定容器启动时执行的命令

字段位置位于containers 下一个层级里

command:["命令","参数"]             #横向

args:                              #纵向
-XXX
-XXX
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