K8S钩子、探针以及控制器完整版
一、 生命周期钩子
Kubernetes 中的 生命周期钩子（Lifecycle Hooks） 是在容器生命周期的特定阶段执行操作的机制。通过钩子，可以在容器启动后（PostStart）或停止前（PreStop）执行一些初始化或清理工作。
钩子的作用
- PostStart（启动后）
- 在容器启动后立即触发执行。
- 用于完成启动后的初始化操作，例如加载配置、启动辅助进程。
- PreStop（停止前）
- 在容器收到终止信号（如
SIGTERM）时触发执行。 - 用于执行停止前的清理工作，例如保存状态、关闭连接、释放资源。
- 在容器收到终止信号（如
钩子的实现方式
钩子支持以下两种执行方式：
exec： 直接在容器内部运行指定命令。httpGet： 通过 HTTP GET 请求调用一个端点。
钩子定义的基本结构：
lifecycle:
postStart:
exec:
command: ["sh", "-c", "echo 'Container started'"]
preStop:
exec:
command: ["sh", "-c", "echo 'Container stopping'; sleep 5"]
就比如下面的例子：
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: lifecycle-demo
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.21.1
lifecycle:
postStart:
exec:
command:
- "/bin/sh"
- "-c"
- |
echo "PostStart hook triggered! Initializing...";
sleep 3
preStop:
exec:
command:
- "/bin/sh"
- "-c"
- |
echo "PreStop hook triggered! Cleaning up...";
sleep 5
ports:
- containerPort: 80
resources:
requests:
memory: "64Mi"
cpu: "250m"
工作原理与解释
- PostStart：
- 容器启动后，
PostStart钩子立即执行。 - 在示例中，
PostStart钩子通过echo输出一条日志并等待 3 秒。
- 容器启动后，
- PreStop：
- 当容器收到终止信号（如
kubectl delete pod或kubectl scale）时，PreStop钩子立即执行。 - 在示例中，
PreStop钩子输出一条日志并等待 5 秒，模拟资源清理。
- 当容器收到终止信号（如
注意事项
- 执行时间限制：
- 钩子执行时间受 Pod 的
terminationGracePeriodSeconds控制，默认宽限时间为 30 秒。如果PreStop未在宽限时间内完成，容器将被强制终止。
- 钩子执行时间受 Pod 的
- 运行环境：
- 钩子在容器的文件系统和环境变量中运行，因此可以直接访问容器内部的资源。
- 错误处理：
- 如果钩子失败，容器不会因此失败，但会记录错误日志。
- 钩子与主进程的关系：
- 钩子运行与容器主进程无直接依赖关系。PostStart 并不阻塞主进程启动，而 PreStop 是在终止信号发送后触发。
通过合理利用 Kubernetes 钩子，可以在容器生命周期的不同阶段完成初始化和清理操作，从而提升应用的可靠性和自动化水平。
二、探针
Kubernetes 中的探针（Probes）用于检测容器的健康状态和服务状态。通过探针，Kubernetes 可以决定容器是否能够接受流量或者是否需要重启，从而提高应用的可用性和可靠性。
探针的类型
- 就绪探针（Readiness Probe）
- 用于判断容器是否已经准备好接受请求。
- 如果探针检查失败，Kubernetes 会将该 Pod 从服务的负载均衡中移除。
- 存活探针（Liveness Probe）
- 用于判断容器是否处于健康状态。
- 如果探针检查失败，Kubernetes 会重新启动容器。
- 启动探针（Startup Probe）
- 用于判断容器的启动是否完成。
- 启动探针成功后，Kubernetes 不会再调用它，而是转而使用其他探针（如存活探针）。
1. HTTP 请求探针（httpGet）
通过向容器的特定 HTTP 端点发送请求检测健康状态：
livenessProbe:
httpGet:
path: /healthz
port: 8080
initialDelaySeconds: 5
periodSeconds: 10
2. 命令探针（exec）
运行容器内部的命令，并根据退出码判断健康状态。
- 返回值为
0表示成功，非0表示失败：
livenessProbe:
exec:
command:
- cat
- /tmp/healthy
initialDelaySeconds: 5
periodSeconds: 10
3. TCP 探针（tcpSocket）
检查容器指定端口的连通性：
livenessProbe:
tcpSocket:
port: 3306
initialDelaySeconds: 5
periodSeconds: 10
| 特性 | 探针（Probes） | 钩子（Hooks） |
|---|---|---|
| 作用 | 持续检查容器的健康状态和服务状态 | 在容器生命周期的特定时间点执行一次性操作 |
| 触发时机 | 周期性运行，贯穿容器生命周期 | 容器启动后或终止前的一次性操作 |
| 结果影响 | 可能触发容器重启或移除服务负载均衡 | 不直接影响容器状态，只执行指定逻辑 |
| 常见用途 | 健康检查、故障恢复、负载均衡 | 初始化操作（postStart）或清理任务（preStop） |
三、K8S常用控制器
在 Kubernetes 中，使用 控制器 而不是直接使用 Pod 是因为控制器提供了更强的自动化管理和可靠性。控制器（如 ReplicaSet、Deployment 等）可以自动管理 Pod 的副本，确保应用始终有正确数量的 Pod 运行。当 Pod 失败或被删除时，控制器会自动替代，保证服务的高可用性。而直接使用 Pod 无法做到这一点，必须手动监控和管理。
控制器支持 滚动更新 和 回滚，使得应用更新时可以逐个更新 Pod，避免中断服务并能在出现问题时快速回滚。控制器还支持 自动扩缩容，根据负载自动调整 Pod 数量，这对于应对动态流量非常重要。
控制器提供了 自愈能力，当 Pod 失败时，控制器会自动重启或替换，减少人工干预。同时，控制器能够集成与其他 Kubernetes 资源（如服务、存储和网络策略）无缝工作，实现更高效的资源管理。控制器的 声明式管理 可以简化配置和操作，避免手动干预 Pod 的创建和管理，使得 Kubernetes 集群的管理更加灵活和自动化。因此，使用控制器管理 Pod 能提供更高的可靠性、自动化和灵活性。
在 Kubernetes 中，ReplicaSet、Deployment、StatefulSet、DaemonSet、Job 和 CronJob 是常见的工作负载资源类型，它们用于管理不同场景下的 Pod 生命周期。
| 资源类型 | 是否有状态 | 适用场景 | 特点 |
|---|---|---|---|
| ReplicaSet | 无状态 | 简单副本管理 | 确保 Pod 副本数量一致，但功能较基础 |
| Deployment | 无状态 | 动态扩缩容、版本管理 | 支持滚动更新、回滚等高级功能 |
| StatefulSet | 有状态 | 有状态服务（数据库、消息队列） | 保持 Pod 的固定身份和持久存储 |
| DaemonSet | 无状态 | 节点级任务（监控、日志收集） | 确保每节点运行一个 Pod |
| Job | 无状态 | 一次性任务（数据迁移、备份） | 任务完成后 Pod 停止运行 |
| CronJob | 无状态 | 定时任务（备份、清理） | 按时间表定期创建 Job |
注：下面的代码案例会引入上文提到的钩子和探针。
1.ReplicaSet 控制器
ReplicaSet（下面简称RS） ，用于确保指定数量的 Pod 副本始终在集群中运行，可以提供简单的无状态服务，用作 Deployment 的底层组件。一般情况下，RS控制器能做的事情，Deployment控制器都能做，而且Deployment比RS功能更多，更高级。我的建议是可以拿RS来写yaml文件提升自己对控制器的理解。
特点：
- 维护一组 Pod 的副本，确保这些 Pod 的数量始终与定义的副本数一致。
- 如果某个 Pod 意外终止，ReplicaSet 会自动创建新的 Pod 来补足。
主要字段：
replicas：期望的副本数量。selector：选择器，用于匹配需要管理的 Pod 标签。template：Pod 模板，定义 Pod 的属性。
下面提供一个用RS部署nginx的yaml文件案例：
apiVersion: apps/v1
kind: ReplicaSet
metadata:
name: example-replicaset
labels:
app: rs-nginx
spec:
replicas: 3
selector:
matchLabels:
app: my-app
template:
metadata:
labels:
app: my-app
spec:
initContainers:
- name: init-nginx
image: nginx:1.21.1
imagePullPolicy: IfNotPresent
command:
- "/bin/bash"
- "-c"
- "echo 'container init already!!'; sleep 10"
containers:
- name: my-container
image: nginx:1.21.1
imagePullPolicy: IfNotPresent
ports:
- containerPort: 80
command:
- "/bin/bash"
- "-c"
- "sleep 300"
lifecycle: # 生命周期钩子
postStart:
exec:
command:
- "/bin/sh"
- "-c"
- "echo 'Container has started';"
preStop:
exec:
command:
- "/bin/sh"
- "-c"
- "echo 'Container is stopping'; sleep 5;"
livenessProbe: ##### 存活探针
httpGet:
path: /healthz # 探针检查的路径
port: 80 # 探针检查的端口
initialDelaySeconds: 5 # 首次检查延迟时间
periodSeconds: 10 # 检查间隔时间
timeoutSeconds: 1 # 每次检查的超时时间
failureThreshold: 3 # 连续失败的次数后重启容器
readinessProbe: ##### 就绪探针
httpGet:
path: /ready # 探针检查的路径
port: 80 # 探针检查的端口
initialDelaySeconds: 3 # 首次检查延迟时间
periodSeconds: 5 # 检查间隔时间
timeoutSeconds: 1 # 每次检查的超时时间
failureThreshold: 2 # 连续失败的次数后移出服务流量
这个YAML 配置定义了一个 Kubernetes ReplicaSet，管理 3 个 Nginx 容器副本，确保服务的高可用性。它包含一个初始化容器，在主容器启动前执行初始化任务。主容器暴露端口 80，并配置了生命周期钩子：postStart 在容器启动后执行，preStop 在容器停止前执行。还设置了存活探针和就绪探针，分别用于监控容器健康和是否准备好接受流量，探针配置包括检查路径、延迟时间、检查间隔及失败阈值，确保容器在故障时自动重启或移除流量。
2.Deployment 控制器
Deployment 是用于声明式管理应用部署的高级控制器，底层依赖于 ReplicaSet。对比与RS控制器，Deployment控制器增加了更新策略以及扩缩容等内容。
特点：
- 支持滚动更新和回滚，确保服务的高可用性。
- 自动创建和管理 ReplicaSet。
- 能够轻松扩缩容和版本升级。
主要字段：
strategy：更新策略（如滚动更新）。replicas：Pod 副本数。revisionHistoryLimit：保留的历史版本数量。
下面提供一个用Deployment部署nginx的yaml文件案例：
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: nginx-deployment
labels:
app: nginx
spec:
replicas: 3
selector:
matchLabels:
app: my-app
template:
metadata:
labels:
app: my-app
spec:
initContainers:
- name: init-nginx
image: nginx:1.21.1
imagePullPolicy: IfNotPresent
command:
- "/bin/bash"
- "-c"
- "echo 'container init already!!'; sleep 10"
containers:
- name: my-container
image: nginx:1.21.1
imagePullPolicy: IfNotPresent
ports:
- containerPort: 80
command:
- "/bin/bash"
- "-c"
- "sleep 300"
lifecycle: # 生命周期钩子
postStart:
exec:
command:
- "/bin/sh"
- "-c"
- "echo 'Container has started';"
preStop:
exec:
command:
- "/bin/sh"
- "-c"
- "echo 'Container is stopping'; sleep 5;"
livenessProbe: ##### 存活探针
httpGet:
path: /healthz # 探针检查的路径
port: 80 # 探针检查的端口
initialDelaySeconds: 5 # 首次检查延迟时间
periodSeconds: 10 # 检查间隔时间
timeoutSeconds: 1 # 每次检查的超时时间
failureThreshold: 3 # 连续失败的次数后重启容器
readinessProbe: ##### 就绪探针
httpGet:
path: /ready # 探针检查的路径
port: 80 # 探针检查的端口
initialDelaySeconds: 3 # 首次检查延迟时间
periodSeconds: 5 # 检查间隔时间
timeoutSeconds: 1 # 每次检查的超时时间
failureThreshold: 2 # 连续失败的次数后移出服务流量
3.StatefulSet控制器
StatefulSet 专为有状态应用设计，提供稳定的网络标识、持久化存储和有序部署/删除。与前两个我们介绍的控制器不同的是，Statefulset控制器更适合用于部署需要数据长期存储的Pod或者固定网络标识的资源。
特点：
- 每个 Pod 都有一个固定的名字和序号（如
my-app-0,my-app-1）。 - 支持稳定的存储（与 PersistentVolume 结合使用）。
- 提供有序的 Pod 启动、更新和终止。
适用场景：
- 数据库（如 MySQL、MongoDB）。
- 消息队列（如 Kafka）。
- 有状态应用（需要持久存储或固定网络标识）。
下面提供一个用Deployment部署nginx的yaml文件案例（通过上面两个控制器，我们已经了解了探针和钩子的原理和使用方法，接下来展示的yaml案例将不再加入探针和钩子的内容，方便我们更能直观的观察各个控制器的区别！）：
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
name: example-statefulset
spec:
serviceName: "example"
replicas: 3
selector:
matchLabels:
app: my-app
template:
metadata:
labels:
app: my-app
spec:
containers:
- name: my-container
image: nginx
volumeMounts:
- name: data
mountPath: /data
volumeClaimTemplates:
- metadata:
name: data
spec:
accessModes: ["ReadWriteOnce"]
resources:
requests:
storage: 1Gi
4.DaemonSet控制器
DaemonSet 确保每个节点（或符合条件的节点）上都运行一个 Pod。这个控制器非常适用于监控或者是网络插件的部署，但是需要注意在Master主节点上，默认会有一个NoSchedule的污点，需要在yaml添加相对应的容忍度。
可以通过 **kubectl describe node <node_name> **进行查看，如下所示：
[root@master ~]# kubectl describe node master
Name: master
Roles: control-plane
Labels: beta.kubernetes.io/arch=amd64
beta.kubernetes.io/os=linux
kubernetes.io/arch=amd64
kubernetes.io/hostname=master
kubernetes.io/os=linux
node-role.kubernetes.io/control-plane=
node.kubernetes.io/exclude-from-external-load-balancers=
Annotations: kubeadm.alpha.kubernetes.io/cri-socket: unix:///run/containerd/containerd.sock
node.alpha.kubernetes.io/ttl: 0
projectcalico.org/IPv4Address: 192.168.116.131/24
projectcalico.org/IPv4IPIPTunnelAddr: 10.251.205.128
volumes.kubernetes.io/controller-managed-attach-detach: true
CreationTimestamp: Fri, 04 Oct 2024 21:33:23 +0800
Taints: node-role.kubernetes.io/control-plane:NoSchedule
Unschedulable: false
Lease:
HolderIdentity: master
AcquireTime: <unset>
RenewTime: Sat, 07 Dec 2024 20:47:33 +0800
Conditions:
Type Status LastHeartbeatTime LastTransitionTime Reason Message
---- ------ ----------------- ------------------ ------ -------
NetworkUnavailable False Tue, 12 Nov 2024 17:22:18 +0800 Tue, 12 Nov 2024 17:22:18 +0800 CalicoIsUp Calico is running on this node
MemoryPressure False Tue, 12 Nov 2024 23:29:12 +0800 Sat, 05 Oct 2024 00:28:44 +0800 KubeletHasSufficientMemory kubelet has sufficient memory available
DiskPressure False Tue, 12 Nov 2024 23:29:12 +0800 Sat, 05 Oct 2024 00:28:44 +0800 KubeletHasNoDiskPressure kubelet has no disk pressure
PIDPressure False Tue, 12 Nov 2024 23:29:12 +0800 Sat, 05 Oct 2024 00:28:44 +0800 KubeletHasSufficientPID kubelet has sufficient PID available
Ready True Tue, 12 Nov 2024 23:29:12 +0800 Sat, 05 Oct 2024 14:45:43 +0800 KubeletReady kubelet is posting ready status
Addresses:
InternalIP: 192.168.116.131
Hostname: master
Capacity:
cpu: 4
ephemeral-storage: 40940Mi
hugepages-1Gi: 0
hugepages-2Mi: 0
memory: 3793428Ki
pods: 110
Allocatable:
cpu: 4
ephemeral-storage: 38635831233
hugepages-1Gi: 0
hugepages-2Mi: 0
memory: 3691028Ki
pods: 110
System Info:
Machine ID: 062407b38be842d2ba33e2ad841f7bfb
System UUID: bd814d56-4024-2228-d6f1-0b011fa4eb3e
Boot ID: 6946bb88-fd9a-47f6-8d8d-e9a544e7a50f
Kernel Version: 4.18.0-425.3.1.el8.x86_64
OS Image: Rocky Linux 8.7 (Green Obsidian)
Operating System: linux
Architecture: amd64
Container Runtime Version: containerd://1.6.32
Kubelet Version: v1.28.2
Kube-Proxy Version: v1.28.2
PodCIDR: 10.240.0.0/24
PodCIDRs: 10.240.0.0/24
可以清晰的看到在Taint部分，污点级别是NoSchedule：
[!NOTE]
Taints: node-role.kubernetes.io/control-plane:NoSchedule
特点：
- 每个节点上仅运行一个 Pod。
- 新节点加入集群时，DaemonSet 会自动为其启动 Pod。
适用场景：
- 日志收集器（如 Fluentd）。
- 节点监控代理（如 Prometheus Node Exporter）。
- 网络组件（如 Calico、Weave Net）。
apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:
name: example-daemonset
spec:
selector:
matchLabels:
app: my-daemon
template:
metadata:
labels:
app: my-daemon
spec:
containers:
- name: my-container
image: nginx
5.Job控制器
Job 是专门设计来管理需要在一定时间内完成的单次任务的，如批处理作业、数据库迁移等。
特点：
- 一旦任务完成，Pod 将停止运行。
- 可以控制任务的并发数量和重试策略。
适用场景：
- 数据处理任务。
- 数据迁移或备份任务。
- 批处理作业。
主要字段：
completions：任务完成所需成功 Pod 数量。parallelism：允许同时运行的 Pod 数量。
apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:
name: job-example
spec:
parallelism: 1 # 并发执行的 Pod 数量
completions: 1 # 任务需要完成的 Pod 数量
template:
spec:
containers:
- name: busybox
image: busybox
command: ["sh", "-c", "echo 'Task Completed'; sleep 5"]
restartPolicy: OnFailure # Pod 失败时重新启动
6.CronJob控制器
CronJob 是 Kubernetes 中 Job 的扩展，用于定期执行任务。它的作用类似于 Linux 系统中的 cron，可以指定任务的执行时间表，自动定期触发并执行 Job。
特点：
- 支持基于时间表（cron 表达式）的定时任务。
- 自动创建和管理 Job。
适用场景：
- 定期备份任务。
- 周期性报告生成。
- 定时清理任务。
主要字段：
schedule：cron 表达式定义执行时间。jobTemplate：Job 模板，定义具体任务。
apiVersion: batch/v1
kind: CronJob
metadata:
name: cronjob-example
spec:
schedule: "*/5 * * * *" # Cron 表达式，表示每 5 分钟执行一次
jobTemplate:
spec:
template:
spec:
containers:
- name: busybox
image: busybox
command: ["sh", "-c", "echo 'Cron job executed'; sleep 5"]
restartPolicy: OnFailure # Pod 失败时重新启动
