Kubernetes 实战 - Pod生命周期

前言

pod的生命周期

第一节 Pod生命周期

我们一般将Pod对象从创建至终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)过程
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

在整个生命周期中，Pod会出现5种状态，分布如下
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种
运行中（Running）: pod已经被调度到某个节点，并且所有容器都已经被kubelet创建完成
成功(Succeeded): pod种所有的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导致

第二节创建和终止

1. pod的创建过程

1、用户通过kubectl或者其它api客户端提交需要创建的pod信息给apiServer；
2、 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；
3、 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；
4、 scheduler发现有新的pod对象需要创建，开始为pod分配主机并将结果信息更新至apiServer；
5、 node节点上的kubelet发现有pod调度过来，尝试调用docker启动容器，并将结果返回至apiServer；
6、 apiServer将接收到的pod状态信息存入etcd中；

2. pod的终止过程

1、用户向apiServer发送删除pod对象的命令；
2、 apiServer中的pod对象信息会随着时间的推移而更新，在宽限器内(默认30秒)，pod被视为dead；
3、将pod标记为terminating状态；
4、 kubelet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，则在标记为terminating后即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，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；
9、 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；

第三节初始化容器

初始化容器是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，若某初始化容器运行失败，那么kubenetes需要重新启动它知道成功完成；
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，下面列出的是最场景的几个

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
假设要以主容器运行nginx，但是要求在运行nginx之前要先把能够连接上的mysql和redis所在的服务器。
为了简化测试，实现规定好mysql(192.168.111.201)和redis(192.168.111.201)服的地址
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 192.168.88.201 -c 1 ; do echo waiting for mysql...;sleep 2;done;']
    - name: test-redis
      image: busybox:1.30
      command: ['sh','-c','until ping 192.168.88.202 -c 1 ; do echo waiting for redis...;sleep 2;done;']

创建pod

kubectl create -f pod-initcontainer.yaml

动态监听 -w

kubectl get pods pod-initcontainer  -n dev -w

此时新开一个窗口，我们添加两个ip

[root@master ~]# ifconfig ens33:1 192.168.88.201 netmask 255.255.255.0 up

发现pod已经初始化完成了。
添加第二个ip，可以看到command命令执行成功，可以ping两个ip，pod初始化完成。

ifconfig ens33:2 192.168.88.202 netmask 255.255.255.0 up

第四节钩子函数

钩子函数能够感知自身生命周期中的事件，并在相应的时刻来到时运行用户指定的程序代码。
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

....
  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
        host: 192.168.88.100主机地址
        scheme: HTTP支持的协议http或https
....

这里只演示exec方式，在下一节容器探测全部介绍
接下来，以exec方式为例，演示钩子函数的使用，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:
            command: ["/bin/sh","-c","echo post Start... > /usr/share/nginx/html/index.html"]
        preStop:
          exec:
            command: ["/usr/sbin/nginx","-s","quit"]

创建pod

kubectl create -f pod-hook-exec.yaml

查看pod

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

访问curl 10.244.2.16:80

查看如何配置

kubectl explain pod.spec.containers.lifecycle

第五节容器探测

容器探测用于检测容器中的应用示例是否正常工作，是保障业务可用性的一种传统机制。如果经过探测，示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，分布是

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会重新启动容器
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

上面两种探针目前均支持三种探针方式

Exec命令: 在容器内执行一次命令，如果命令执行的退出代码为0，则认为退出正常，否则不正确

....
  livenessProbe:
      exec:
        command:
        - cat
        - /tmp/healthy
  ....

TCPSocket: 将会尝试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到399之间，则认为程序是正常的，否则不正常

....
    livenessProbe:
      httpGet:
        path: /URI地址
        port: 80
        host: 192.168.88.100主机地址
        scheme: HTTP支持的协议http或https
....

下面以liveness probes为例，

1. 方式一： Exec

创建pod-liveness-exec.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-liveness-exec
  namespace: dev
spec:
  containers:
    - name: main
      image: nginx:1.17.1
      ports:
        - name: nginx-port
          containerPort: 80
      livenessProbe:
        exec:
          command: ["/bin/cat","/tmp/hello.txt"] 执行一个查看文件的命令

创建pod.观察效果

kubectl create -f pod-liveness-exec.yaml

查看pod详情

kubectl describe pod pod-liveness-exec -n dev

如果将其更改为正确的可以探测内容，再测试

3. 方式二 TCPSocket

创建pod-liveness-tcpsocket.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-liveness-tcpsocket
  namespace: dev
spec:
  containers:
    - name: main
      image: nginx:1.17.1
      ports:
        - name: nginx-port
          containerPort: 80
      livenessProbe:
        tcpSocket:
          port: 8080 尝试访问8080端口

创建pod,观察效果

kubectl create -f pod-liveness-tcpsocket.yaml

查看pod详情

kubectl describe pod pod-liveness-tcpsocket -n dev

可以看到tcpSocket检测8080端口，但是pod并8080端口并没有启动应用，而nginx启动在80端口上，所以只有监听80端口，才能成功。

3. 方式三 HTTPGet

创建一个pod-liveness-httpget.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-liveness-httpget
  namespace: dev
spec:
  containers:
    - name: main
      image: nginx:1.17.1
      ports:
        - name: nginx-port
          containerPort: 80
      livenessProbe:
        httpGet:http://xxx:80/hello
          path: /helloURI地址
          port: 80
          scheme: HTTP支持的协议http或https

创建pod

kubectl create -f pod-liveness-httpget.yaml

查看pod详情，可以看到存活性探针检测到404的错误

kubectl describe pod pod-liveness-httpget -n dev

4. 容器探测的一些参数

[root@master ~]# kubectl explain pod.spec.containers.livenessProbe
KIND:     Pod
VERSION:  v1

RESOURCE: livenessProbe <Object>

DESCRIPTION:
     Periodic probe of container liveness. Container will be restarted if the
     probe fails. Cannot be updated. More info:
     https://kubernetes.io/docs/concepts/workloads/pods/pod-lifecycle#container-probes

     Probe describes a health check to be performed against a container to
     determine whether it is alive or ready to receive traffic.

FIELDS:
   exec	<Object>
     One and only one of the following should be specified. Exec specifies the
     action to take.

   failureThreshold	<integer>
     Minimum consecutive failures for the probe to be considered failed after
     having succeeded. Defaults to 3. Minimum value is 1.
    连续探测失败多少次才被认定为失败。默认3，最小值1

   httpGet	<Object>
     HTTPGet specifies the http request to perform.

   initialDelaySeconds	<integer>
     Number of seconds after the container has started before liveness probes
     are initiated. More info:
     https://kubernetes.io/docs/concepts/workloads/pods/pod-lifecycle#container-probes
    容器启动后等待多少秒执行第一次探测
   periodSeconds	<integer>
     How often (in seconds) to perform the probe. Default to 10 seconds. Minimum
     value is 1.
    探测频率，默认10秒，最低1秒

   successThreshold	<integer>
     Minimum consecutive successes for the probe to be considered successful
     after having failed. Defaults to 1. Must be 1 for liveness and startup.
     Minimum value is 1.
    连续探测成功多少次才被认定成功。默认1

   tcpSocket	<Object>
     TCPSocket specifies an action involving a TCP port. TCP hooks not yet
     supported
	 
   timeoutSeconds	<integer>
     Number of seconds after which the probe times out. Defaults to 1 second.
     Minimum value is 1. More info:
     https://kubernetes.io/docs/concepts/workloads/pods/pod-lifecycle#container-probes
    探测超时时间。默认1秒，最低1秒

演示实例

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-liveness-httpget
  namespace: dev
spec:
  containers:
    - name: main
      image: nginx:1.17.1
      ports:
        - name: nginx-port
          containerPort: 80
      livenessProbe:
        httpGet:http://xxx:80/hello
          path: /helloURI地址
          port: 80
          scheme: HTTP支持的协议http或https
        initialDelaySeconds: 30容器启动后30秒开始探测
        timeoutSeconds: 3      探测超时时间3秒
        successThreshold: 2    连续探测成功2次才被认定成功
        failureThreshold: 2    连续探视失败2次才被认定失败
        periodSeconds: 10      探测频率,每10秒一次

第六节重启策略

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，分布如下

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对象种的所有容器，首先需要重启的容器，将在其需要立即进行重启，随后再次需要重启的操作将由kuberlet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、300s，300s是最大的延迟时长。
创建pod-restartpolicy.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-restartpolicy
  namespace: dev
spec:
  containers:
    - name: main
      image: nginx:1.17.1
      ports:
        - name: nginx-port
          containerPort: 80
      livenessProbe:
        httpGet:http://xxx:80/hello
          path: /helloURI地址
          port: 80
          scheme: HTTP支持的协议http或https
  restartPolicy: Always设置重启策略

创建pod

kubectl create -f pod-restartpolicy.yaml

查看pod，可以看到容器在不断的重启

kubectl get pod pod-restartpolicy -n dev -w

12、Kubernetes 实战 - Pod生命周期

前言

第一节 Pod生命周期

第二节 创建和终止

1. pod的创建过程

2. pod的终止过程

第三节 初始化容器

第四节 钩子函数

第五节 容器探测

1. 方式一： Exec

3. 方式二 TCPSocket

3. 方式三 HTTPGet

4. 容器探测的一些参数

第六节 重启策略

第二节创建和终止

第三节初始化容器

第四节钩子函数

第五节容器探测

第六节重启策略