Pod详解之Pod生命周期

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）
- 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（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

创建和终止

pod的创建过程

1.用户通过kubectl或其他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，并将结果回送至apiServer
6. apiServer将接收到的pod状态信息存入etcd中

pod的终止过程

1. 用户向apiServer发送删除pod对象的命令
2. 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（2是对1的注释）
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，则在其标记为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

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：

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kubernetes需要重启它直到成功完成
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

应用场景

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；

案例

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(192.168.1.14)和redis(192.168.1.15)服务器的地址
（注：需与主机在同一网段，即ping通即可认为是能连上）

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 192.168.1.14 -c 1 ; do echo waiting for mysql...; sleep 2; done;']
  - name: test-redis
    image: busybox:1.30
    command: ['sh', '-c', 'until ping 192.168.1.15 -c 1 ; do echo waiting for reids...; sleep 2; done;']

创建pod，观察效果

# 创建pod
[root@master ~]# vim pod-initcontainer.yaml
[root@master ~]# kubectl create -f pod-initcontainer.yaml

# 查看pod状态
[root@master ~]# kubectl get pod pod-initcontainer -n dev
# 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@master ~]# kubectl describe pod pod-initcontainer -n dev

# 动态查看pod
[root@master ~]# kubectl get pods pod-initcontainer -n dev -w

# 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@master ~]# ifconfig ens33:1 192.168.1.14 netmask 255.255.255.0 up
[root@master ~]# ifconfig ens33:2 192.168.1.15 netmask 255.255.255.0 up
[root@master ~]# kubectl describe pod pod-initcontainer -n dev
可见初始化容器mysql、redis成功后，才会启动nginx

钩子函数

钩子函数能够感知自身生命周期中的事件，并在相应的时刻到来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

三种方式

钩子处理器支持使用下面三种方式定义动作：

lifecycle：生命周期

- Exec命令：在容器内执行一次命令（常用）

    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
注：即可表示为 http://192.168.1.50:80/

查看postStart支持的资源字段

[root@master ~]# kubectl explain pod.spec.containers.lifecycle.postStart

案例

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，观察效果

# 创建pod
[root@master ~]# kubectl create -f pod-hook-exec.yaml

# 查看pod
[root@master ~]# kubectl get pods pod-hook-exec -n dev -o wide

# 测试
[root@master ~]# curl 10.244.2.20

[root@master ~]# kubectl exec -it pod-hook-exec -n dev -- bash
[root@pod-hook-exec:/# cat /usr/share/nginx/html/index.html

容器探测

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。

上面两种探针目前均支持三种探测方式：

- 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

注：Scheme to use for connecting to the host. Defaults to HTTP（即默认HTTP）

案例一

下面以liveness probes为例，做几个演示：

方式一：Exec

创建pod-liveness-exec.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-liveness-exec
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    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

(注：默认镜像没有/tmp/hello.txt文件)

创建pod，观察效果

# 创建Pod
[root@master ~]# kubectl create -f pod-liveness-exec.yaml

# 查看Pod详情
[root@master ~]# kubectl describe pods pod-liveness-exec -n dev

# 观察上面的信息就会发现nginx容器启动之后就进行了健康检查
# 检查失败之后，容器被kill掉，然后尝试进行重启（这是重启策略的作用，后面讲解）
# 稍等一会之后，再观察pod信息，就可以看到RESTARTS不再是0，而是一直增长

[root@master ~]# kubectl get pods pod-liveness-exec -n dev -w

# 当然接下来，可以修改成一个存在的文件，比如/tmp/hello.txt，再试，结果就正常了（过程略）

案例二

方式二：TCPSocket

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-liveness-tcpsocket
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    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

# 创建Pod

[root@master ~]# kubectl create -f pod-liveness-tcpsocket.yaml
pod/pod-liveness-tcpsocket created

# 查看Pod详情
[root@master ~]# kubectl describe pods pod-liveness-tcpsocket -n dev
# 观察上面的信息，发现尝试访问8080端口,但是失败了
# 稍等一会之后，再观察pod信息，就可以看到RESTARTS不再是0，而是一直增长

[root@master ~]# kubectl get pods pod-liveness-tcpsocket -n dev

 

# 当然接下来，可以修改成一个可以访问的端口，比如80，再试，结果就正常了（过程略）

案例三

方式三：HTTPGet

创建pod-liveness-httpget.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-liveness-httpget
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
    ports:
    - name: nginx-port
      containerPort: 80
    livenessProbe:
      httpGet:  
        scheme: HTTP #支持的协议，http或者https
        port: 80 #端口号
        path: /hello #URI地址

#注： 其实就是访问http://127.0.0.1:80/hello 

创建pod，观察效果

# 创建Pod
[root@master ~]# kubectl create -f pod-liveness-httpget.yaml

# 查看Pod详情
[root@master ~]# kubectl describe pod pod-liveness-httpget -n dev


# 观察上面信息，尝试访问路径，但是未找到,出现404错误
# 稍等一会之后，再观察pod信息，就可以看到RESTARTS不再是0，而是一直增长

[root@master ~]# kubectl get pod pod-liveness-httpget -n dev

# 当然接下来，可以修改成一个可以访问的路径path，比如/，再试，结果就正常了（过程略）

其他配置

至此，已经使用liveness Probe演示了三种探测方式，但是查看livenessProbe的子属性，会发现除了这三种方式，还有一些其他的配置，在这里一并解释下：

[

[root@master ~]# kubectl explain pod.spec.containers.livenessProbe
FIELDS:
   exec <Object>  
   tcpSocket    <Object>
   httpGet      <Object>
   initialDelaySeconds  <integer>  # 容器启动后等待多少秒执行第一次探测
   timeoutSeconds       <integer>  # 探测超时时间。默认1秒，最小1秒
   periodSeconds        <integer>  # 执行探测的频率。默认是10秒，最小1秒
   failureThreshold     <integer>  # 连续探测失败多少次才被认定为失败。默认是3。最小值是1
   successThreshold     <integer>  # 连续探测成功多少次才被认定为成功。默认是1

下面稍微配置两个，演示下效果即可：

[root@master ~]# cat pod-liveness-httpget.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-liveness-httpget
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
    ports:
    - name: nginx-port
      containerPort: 80
    livenessProbe:
      httpGet:
        scheme: HTTP
        port: 80 
        path: /
      initialDelaySeconds: 30 # 容器启动后30s开始探测
      timeoutSeconds: 5 # 探测超时时间为5s

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。

案例

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       #该路径默认不存在
  restartPolicy: Never # 设置重启策略为Never

运行Pod测试

# 创建Pod
[root@master ~]# kubectl create -f pod-restartpolicy.yaml

# 查看Pod详情，发现nginx容器失败
[root@master ~]# kubectl describe pods pod-restartpolicy -n dev

# 多等一会，再观察pod的重启次数，发现一直是0，并未重启
[root@master ~]# kubectl get pods pod-restartpolicy -n dev

参考

黑马B站k8s课程https://www.bilibili.com/video/BV1Qv41167ck/
https://gitee.com/yooome/golang/blob/main/k8s%E8%AF%A6%E7%BB%86%E6%95%99%E7%A8%8B-%E8%B0%83%E6%95%B4%E7%89%88/k8s%E8%AF%A6%E7%BB%86%E6%95%99%E7%A8%8B.md
https://www.yuque.com/fairy-era/yg511q/xyqxge