1、Pod生命周期
- 有些pod(比如运行httpd服务),正常情况下会一直运行中,但如果手动删除它,此pod会终止
- 也有些pod(比如执行计算任务)，任务计算完后就会自动终止
上面两种场景中,pod从创建到终止的过程就是pod的生命周期。
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
5种状态
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
- 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
考虑到 Pod 可以包含多个容器，每个容器的状态都会影响 Pod 的状态。例如，如果一个 Pod 中有两个容器，其中一个容器处于 Running 状态，另一个容器处于 Failed 状态，那么该 Pod 的状态就是 Failed。
post start后,就开始做健康检查
- 第一个健康检查叫存活状态检查(liveness probe )，用来检查主容器存活状态的
- 第二个健康检查叫准备就绪检查(readiness probe)，用来检查主容器是否启动就绪
2、pod的创建和终止
2.1 pod的创建过程
- 用户通过kubectl或其他api客户端提交需要创建的pod信息给apiServer
- 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
- 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
- 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apiServer
- 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
- apiServer将接收到的pod状态信息存入etcd中
2.2 pod的终止过程
- 用户向apiServer发送删除pod对象的命令
- 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），pod被视为dead
- 将pod标记为terminating状态
- kubelet在监控到pod对象转为terminating状态的同时启动pod关闭过程
- 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
- 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
- pod对象中的容器进程收到停止信号
- 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
- 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
5.3.2 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：
- 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
- 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
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(192.168.5.4)和redis(192.168.5.5)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:
- name: test-mysql
image: busybox:1.30
command: ['sh', '-c', 'until ping 192.168.5.14 -c 1 ; do echo waiting for mysql...; sleep 2; done;']
- name: test-redis
image: busybox:1.30
command: ['sh', '-c', 'until ping 192.168.5.15 -c 1 ; do echo waiting for reids...; sleep 2; done;']
# 创建pod
[root@k8s-master01 ~]# kubectl create -f pod-initcontainer.yaml
pod/pod-initcontainer created
# 查看pod状态
# 发现pod卡在启动第一个初始化容器过程中，后面的容器不会运行
root@k8s-master01 ~]# kubectl describe pod pod-initcontainer -n dev
........
Events:
Type Reason Age From Message
---- ------ ---- ---- -------
Normal Scheduled 49s default-scheduler Successfully assigned dev/pod-initcontainer to node1
Normal Pulled 48s kubelet, node1 Container image "busybox:1.30" already present on machine
Normal Created 48s kubelet, node1 Created container test-mysql
Normal Started 48s kubelet, node1 Started container test-mysql
# 动态查看pod
[root@k8s-master01 ~]# kubectl get pods pod-initcontainer -n dev -w
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
pod-initcontainer 0/1 Init:0/2 0 15s
pod-initcontainer 0/1 Init:1/2 0 52s
pod-initcontainer 0/1 Init:1/2 0 53s
pod-initcontainer 0/1 PodInitializing 0 89s
pod-initcontainer 1/1 Running 0 90s
# 接下来新开一个shell，为当前服务器新增两个ip，观察pod的变化
[root@k8s-master01 ~]# ifconfig ens33:1 192.168.5.14 netmask 255.255.255.0 up
[root@k8s-master01 ~]# ifconfig ens33:2 192.168.5.15 netmask 255.255.255.0 up
3、钩子函数post start、pre stop
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。 钩子函数（Hook）是在容器生命周期中的特定时间点触发的脚本。它们可以在容器启动前或停止后执行某些操作
kubernetes在主容器的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:
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: 192.168.5.3 #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
spec:
containers:
- name: main-container
image: nginx:1.17.1
ports:
- name: nginx-port
containerPort: 80
lifecycle:
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"]
# 创建pod
[root@k8s-master01 ~]# kubectl create -f pod-hook-exec.yaml
pod/pod-hook-exec created
# 查看pod
[root@k8s-master01 ~]# kubectl get pods pod-hook-exec -n dev -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE
pod-hook-exec 1/1 Running 0 29s 10.244.2.48 node2
# 访问pod
[root@k8s-master01 ~]# curl 10.244.2.48
postStart...
4、两种容器探针
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。 两种探针支持三种探测方式Exec、TCPSocket、HTTPGet
- 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
……
```
4、重启策略
在上一节中，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，这也是默认值。
- OnFailure ： 容器终止运行且退出码不为0时重启
- Never ： 不论状态为何，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，将在其需要时立即进行重启，随后再次需要重启的操作将由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是最大延迟时长。
创建pod-restartpolicy.yaml：
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-restartpolicy
namespace: dev
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.17.1
ports:
- name: nginx-port
containerPort: 80
livenessProbe:
httpGet:
scheme: HTTP
port: 80
path: /hello
restartPolicy: Never # 设置重启策略为Never
运行Pod测试
# 创建Pod
[root@k8s-master01 ~]# kubectl create -f pod-restartpolicy.yaml
pod/pod-restartpolicy created
# 查看Pod详情，发现nginx容器失败
[root@k8s-master01 ~]# kubectl describe pods pod-restartpolicy -n dev
......
Warning Unhealthy 15s (x3 over 35s) kubelet, node1 Liveness probe failed: HTTP probe failed with statuscode: 404
Normal Killing 15s kubelet, node1 Container nginx failed liveness probe
# 多等一会，再观察pod的重启次数，发现一直是0，并未重启
[root@k8s-master01 ~]# kubectl get pods pod-restartpolicy -n dev
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
pod-restartpolicy 0/1 Running 0 5min42s
拓展: 容器重启策略验证
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: liveness-exec
namespace: default
spec:
restartPolicy: Never # 把容器重启策略由默认的always改为Never
containers:
- name: liveness
image: busybox
imagePullPolicy: IfNotPresent
args:
- /bin/sh
- -c
- touch /tmp/healthy; sleep 30; rm -rf /tmp/healthy; sleep 600
livenessProbe:
exec:
command:
- cat
- /tmp/healthy
initialDelaySeconds: 5
periodSeconds: 5
请自行验证
验证结果为:
- 容器健康检查出现问题后，不再重启，也不会继续sleep 600秒，而是直接关闭了
5、HealthCheck健康检查
当Pod启动时，容器可能会因为某种错误(服务未启动或端口不正确)而无法访问等。
5.1 Health Check方式
kubelet拥有两个检测器，它们分别对应不同的触发器(根据触发器的结构执行进一步的动作)
| 方式 | 说明 |
|---|---|
| Liveness Probe(存活状态探测) | 指示容器是否正在运行。如果存活态探测失败，则 kubelet 会杀死容器， 并且容器将根据其重启策略决定未来。如果容器不提供存活探针， 则默认状态为 Success。 |
| readiness Probe(就绪型探测) | 指示容器是否准备好为请求提供服务。如果就绪态探测失败， 端点控制器将从与 Pod 匹配的所有服务的端点列表中删除该 Pod 的 IP 地址。 初始延迟之前的就绪态的状态值默认为 Failure。 如果容器不提供就绪态探针，则默认状态为 Success。注：检查后不健康，将容器设置为Notready;如果使用service来访问,流量不会转发给此种状态的pod |
| startup Probe | 指示容器中的应用是否已经启动。如果提供了启动探针，则所有其他探针都会被 禁用，直到此探针成功为止。如果启动探测失败，kubelet 将杀死容器，而容器依其 重启策略进行重启。 如果容器没有提供启动探测，则默认状态为 Success。 |
5.2 Probe探测方式
| 方式 | 说明 |
|---|---|
| Exec | 执行命令 |
| HTTPGet | http请求某一个URL路径 |
| TCP | tcp连接某一个端口 |
| gRPC | 使用 gRPC 执行一个远程过程调用。 目标应该实现 gRPC健康检查。 如果响应的状态是 "SERVING"，则认为诊断成功。 gRPC 探针是一个 alpha 特性，只有在你启用了 "GRPCContainerProbe" 特性门控时才能使用。 |
5.3 liveness-exec案例
1, 准备YAML文件
[root@k8s-master1 ~]# vim pod-liveness-exec.yml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: liveness-exec
namespace: default
spec:
containers:
- name: liveness
image: busybox
imagePullPolicy: IfNotPresent
args:
- /bin/sh
- -c
- touch /tmp/healthy; sleep 30; rm -rf /tmp/healthy; sleep 600
livenessProbe:
exec:
command:
- cat
- /tmp/healthy
initialDelaySeconds: 5 # pod启动延迟5秒后探测
periodSeconds: 5 # 每5秒探测1次
2, 应用YAML文件
[root@k8s-master1 ~]# kubectl apply -f pod-liveness-exec.yml
3, 通过下面的命令观察
[root@k8s-master1 ~]# kubectl describe pod liveness-exec
......
Events:
Type Reason Age From Message
---- ------ ---- ---- -------
Normal Scheduled 40s default-scheduler Successfully assigned default/liveness-exec to k8s-worker1
Normal Pulled 38s kubelet Container image "busybox" already present on machine
Normal Created 37s kubelet Created container liveness
Normal Started 37s kubelet Started container liveness
Warning Unhealthy 3s kubelet Liveness probe failed: cat: can't open '/tmp/healthy': No such file or directory
看到40s前被调度以k8s-worker1节点,3s前健康检查出问题
4, 过几分钟再观察
[root@k8s-master1 ~]# kubectl describe pod liveness-exec
......
Events:
Type Reason Age From Message
---- ------ ---- ---- -------
Normal Scheduled 3m42s default-scheduler Successfully assigned default/liveness-exec to k8s-worker1
Normal Pulled 70s (x3 over 3m40s) kubelet Container image "busybox" already present on machine
Normal Created 70s (x3 over 3m39s) kubelet Created container liveness
Normal Started 69s (x3 over 3m39s) kubelet Started container liveness
Warning Unhealthy 26s (x9 over 3m5s) kubelet Liveness probe failed: cat: can't open '/tmp/healthy': No such file or directory
Normal Killing 26s (x3 over 2m55s) kubelet Container liveness failed liveness probe, will be restarted
[root@k8s-master1 ~]# kubectl get pod
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
liveness-exec 1/1 Running 3 4m12s
看到重启3次,慢慢地重启间隔时间会越来越长
5.4 liveness-httpget案例
1, 编写YMAL文件
[root@k8s-master1 ~]# vim pod-liveness-httpget.yml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: liveness-httpget
namespace: default
spec:
containers:
- name: liveness
image: nginx:1.15-alpine
imagePullPolicy: IfNotPresent
ports: # 指定容器端口，这一段不写也行，端口由镜像决定
- name: http # 自定义名称，不需要与下面的port: http对应
containerPort: 80 # 类似dockerfile里的expose 80
livenessProbe:
httpGet: # 使用httpGet方式
port: http # http协议,也可以直接写80端口
path: /index.html # 探测家目录下的index.html
initialDelaySeconds: 3 # 延迟3秒开始探测
periodSeconds: 5 # 每隔5s钟探测一次
2, 应用YAML文件
[root@k8s-master1 ~]# kubectl apply -f pod-liveness-httpget.yml
3, 验证查看
[root@k8s-master1 ~]# kubectl get pods
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
liveness-httpget 1/1 Running 0 9s
4, 交互删除nginx里的主页文件
[root@k8s-master1 ~]# kubectl exec -it liveness-httpget -- rm -rf /usr/share/nginx/html/index.html
5, 验证查看会发现
[root@k8s-master1 ~]# kubectl get pod
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
liveness-httpget 1/1 Running 1 11m
只restart一次
5.4 liveness-tcp案例
1, 编写YAML文件
[root@k8s-master1 ~]# vim pod-liveness-tcp.yml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: liveness-tcp
namespace: default
spec:
containers:
- name: liveness
image: nginx:1.15-alpine
imagePullPolicy: IfNotPresent
ports:
- name: http
containerPort: 80
livenessProbe:
tcpSocket: # 使用tcp连接方式
port: 80 # 连接80端口进行探测
initialDelaySeconds: 3
periodSeconds: 5
2, 应用YAML文件创建pod
[root@k8s-master1 ~]# kubectl apply -f pod-liveness-tcp.yml
pod/liveness-tcp created
3, 查看验证
[root@k8s-master1 ~]# kubectl get pod
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
liveness-tcp 1/1 Running 0 14s
4, 交互关闭nginx
[root@k8s-master1 ~]# kubectl exec -it liveness-tcp -- /usr/sbin/nginx -s stop
5, 再次验证查看
[root@k8s-master1 ~]# kubectl get pod
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
liveness-tcp 1/1 Running 1 5m13s
也只重启1次,重启后重新初始化了
5.5 readiness案例
1, 编写YAML文件
[root@k8s-master1 ~]# vim pod-readiness-httpget.yml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: readiness-httpget
namespace: default
spec:
containers:
- name: readiness
image: nginx:1.15-alpine
imagePullPolicy: IfNotPresent
ports:
- name: http
containerPort: 80
readinessProbe: # 这里由liveness换成了readiness
httpGet:
port: http
path: /index.html
initialDelaySeconds: 3
periodSeconds: 5
2, 应用YAML文件
[root@k8s-master1 ~]# kubectl apply -f pod-readiness-httpget.yml
pod/readiness-httpget created
3, 验证查看
[root@k8s-master1 ~]# kubectl get pod
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
readiness-httpget 1/1 Running 0 10s
4, 交互删除nginx主页
[root@k8s-master1 ~]# kubectl exec -it readiness-httpget -- rm -rf /usr/share/nginx/html/index.html
5, 再次验证
[root@k8s-master1 ~]# kubectl get pod
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
readiness-httpget 0/1 Running 0 2m49s
READY状态为0/1
6, 交互创建nginx主页文件再验证
[root@k8s-master1 ~]# kubectl exec -it readiness-httpget -- touch /usr/share/nginx/html/index.html
[root@k8s-master1 ~]# kubectl get pod
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
readiness-httpget 1/1 Running 0 3m10s
READY状态又为1/1了
5.6 readiness+liveness综合案例
1, 编写YAML文件
[root@k8s-master1 ~]# vim pod-readiness-liveiness.yml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: readiness-liveness-httpget
namespace: default
spec:
containers:
- name: readiness-liveness
image: nginx:1.15-alpine
imagePullPolicy: IfNotPresent
ports:
- name: http
containerPort: 80
livenessProbe:
httpGet:
port: http
path: /index.html
initialDelaySeconds: 1
periodSeconds: 3
readinessProbe:
httpGet:
port: http
path: /index.html
initialDelaySeconds: 5
periodSeconds: 5
2, 应用YAML文件
[root@k8s-master1 ~]# kubectl apply -f pod-readiness-liveiness.yml
pod/readiness-liveness-httpget created
3, 验证
[root@k8s-master1 ~]# kubectl get pod |grep readiness-liveness-httpget
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
readiness-liveness-httpget 0/1 Running 0 6s
5.7 post-start
1, 编写YAML文件
[root@k8s-master1 ~]# vim pod-poststart.yml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: poststart
namespace: default
spec:
containers:
- name: poststart
image: nginx:1.15-alpine
imagePullPolicy: IfNotPresent
lifecycle: # 生命周期事件
postStart:
exec:
command: ["mkdir","-p","/usr/share/nginx/html/haha"]
2, 应用YMAL文件
[root@k8s-master1 ~]# kubectl apply -f pod-poststart.yml
3, 验证
[root@k8s-master1 ~]# kubectl get pods
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
poststart 1/1 Running 0 25s
[root@k8s-master1 ~]# kubectl exec -it poststart -- ls /usr/share/nginx/html -l
total 8
-rw-r--r-- 1 root root 494 Apr 16 13:08 50x.html
drwxr-xr-x 2 root root 6 Aug 5 05:33 haha 有创建此目录
-rw-r--r-- 1 root root 612 Apr 16 13:08 index.html
5.8 pre-stop
容器终止前执行的命令
1, 编写YAML文件
[root@k8s-master1 ~]# vim prestop.yml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: prestop
namespace: default
spec:
containers:
- name: prestop
image: nginx:1.15-alpine
imagePullPolicy: IfNotPresent
lifecycle: # 生命周期事件
preStop: # preStop
exec:
command: ["/bin/sh","-c","sleep 60000000"] # 容器终止前sleep 60000000秒
2, 应用YAML文件创建pod
[root@k8s-master1 ~]# kubectl apply -f prestop.yml
pod/prestop created
3, 删除pod验证
[root@k8s-master1 ~]# kubectl delete -f prestop.yml
pod "prestop" deleted 会在这一步等待一定的时间(大概30s-60s左右)才能删除,说明验证成功
结论: 当出现特殊情况不能正常销毁pod时,大概等待30秒会强制终止
5.10 pod故障排除
| 状态 | 描述 |
|---|---|
| Pending（悬决） | Pod 已被 Kubernetes 系统接受，但有一个或者多个容器尚未创建亦未运行。此阶段包括等待 Pod 被调度的时间和通过网络下载镜像的时间。 |
| Running（运行中） | pod已经绑定到一个节点，并且已经创建了所有容器。至少有一个容器正在运行中，或正在启动或重新启动。 |
| completed（完成） | Pod中的所有容器都已成功终止，不会重新启动。 |
| Failed（失败） | Pod的所有容器均已终止，且至少有一个容器已在故障中终止。也就是说，容器要么以非零状态退出，要么被系统终止。 |
| Unknown（未知） | 由于某种原因apiserver无法获得Pod的状态，通常是由于Master与Pod所在主机kubelet通信时出错。 |
| CrashLoopBackOff | 多见于CMD语句错误或者找不到container入口语句导致了快速退出,可以用kubectl logs 查看日志进行排错 |
- kubectl describe pod pod名
- kubectl logs pod [-c CONTAINER]
- kubectl exec POD [-c CONTAINER] --COMMAND [args...]
