[云原生] Kubernetes（k8s）健康检查详解与实战演示（就绪性探针 和 存活性探针）

目录

• 一、概述
  • 1）k8s中的探针种类
    • 1、就绪检查（readinessProbe，就绪探针）
    • 2、存活检查（livenessProbe，存活探针）
    • 3、启动检查（startupProbe，启动探针，1.17 版本新增）
  • 2）k8s中的三种探测方式
• 二、readinessProbe（就绪性探针）
• 三、livenessProbe（存活性探针）
• 四、实战演示
  • 1）exec方式
  • 2）httpGet 方式
  • 3）tcpSocket 方式
  • 4）使用命名端口

一、概述

Kubernetes中的健康检查主要使用 就绪性探针（readinessProbes）和 存活性探针（livenessProbes） 来实现，service即为负载均衡，k8s保证 service 后面的 pod 都可用，是k8s中自愈能力的主要手段，主要基于这两种探测机制，可以实现如下需求：

• 异常实例自动剔除，并重启新实例
• 多种类型探针检测，保证异常pod不接入流量
• 不停机部署，更安全的滚动升级

官方文档：https://kubernetes.io/zh-cn/docs/tasks/configure-pod-container/configure-liveness-readiness-startup-probes/
Kubernetes（k8s）环境部署可以参考我这篇文章：Kubernetes（k8s）最新版最完整版环境部署+master高可用实现（k8sV1.24.1+dashboard+harbor）

1）k8s中的探针种类

1、就绪检查（readinessProbe，就绪探针）

readiness probes 准备就绪检查，通过readiness是否准备接受流量，准备完毕加入到Endpoint，否则剔除。如果容器不提供就绪探针，则默认状态为 Success。

2、存活检查（livenessProbe，存活探针）

liveness probes 在线检查机制，检查应用是否可用，如死锁，无法响应，异常时将根据restartPolicy来设置 Pod 状态会自动重启容器，如果容器不提供存活探针，则默认状态为 Success。

restartPolicy有三个可选值：

• 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，才重启容器。

• Never：当容器终止退出，从不重启容器。

3、启动检查（startupProbe，启动探针，1.17 版本新增）

• startupProbes 启动检查机制，应用一些启动缓慢的业务，避免业务长时间启动而被前面的探针kill掉。
• 判断容器内的应用程序是否已启动，主要针对于不能确定具体启动时间的应用。如果匹配了 startupProbes 探测，则在 startupProbes 状态为 Success 之前，其他所有探针都处于无效状态，直到它成功后其他探针才起作用。
• 如果 startupProbe 失败，kubelet 将杀死容器，容器将根据 restartPolicy 来重启。如果容器没有配置 startupProbe，则默认状态为 Success。其实一般主要是设置上面两种即可。

就绪、存活两种探针的区别：

readinessProbe 和 livenessProbe 可以使用相同探测方式，只是对 Pod 的处置方式不同。

• livenessProbe 当检测失败后，将杀死容器并根据 Pod 的重启策略来决定作出对应的措施。
• readinessProbe 当检测失败后，将 Pod 的 IP:Port 从对应的 EndPoint 列表中删除。

2）k8s中的三种探测方式

每种探测机制支持三种健康检查方法，分别是命令行exec，httpGet和tcpSocket，其中exec通用性最强，适用与大部分场景，tcpSocket适用于TCP业务，httpGet适用于web业务。

• exec（自定义健康检查）：在容器中执行指定的命令，如果执行成功，退出码为 0 则探测成功。
• httpGet：通过容器的IP地址、端口号及路径调用 HTTP Get方法，如果响应的状态码大于等于200且小于400，则认为容器 健康。
• tcpSocket：通过容器的 IP 地址和端口号执行 TCP 检 查，如果能够建立 TCP 连接，则表明容器健康。

探针探测结果有以下值：

• Success：表示通过检测。
• Failure：表示未通过检测。
• Unknown：表示检测没有正常进行。

二、readinessProbe（就绪性探针）

• readiness probe 就绪性探针，用于判断容器内的程序是否存活（或者说是否健康），只有程序(服务)正常， 容器开始对外提供网络访问（启动完成并就绪）；
• 容器启动后按照readiness probe配置进行探测，无问题后结果为成功即状态为 Success；
• pod的READY状态为 true，从0/1变为1/1。如果失败继续为0/1，状态为 false；
• 若未配置就绪探针，则默认状态容器启动后为Success。对于此pod、此pod关联的Service资源、EndPoint 的关系也将基于 Pod 的 Ready 状态进行设置；
• 如果 Pod 运行过程中 Ready 状态变为 false，则系统自动从 Service资源 关联的 EndPoint 列表中去除此pod，届时service资源接收到GET请求后，kube-proxy将一定不会把流量引入此pod中，通过这种机制就能防止将流量转发到不可用的 Pod 上。
• 如果 Pod 恢复为 Ready 状态。将再会被加回 Endpoint 列表。kube-proxy也将有概率通过负载机制会引入流量到此pod中。

三、livenessProbe（存活性探针）

• liveness probe存活性探针，用于判断容器是不是健康，如果不满足健康条件，那么 Kubelet 将根据 Pod 中设置的 restartPolicy （重启策略）来判断，Pod 是否要进行重启操作；
• LivenessProbe按照配置去探测 ( 进程、或者端口、或者命令执行后是否成功等等)，来判断容器是不是正常；
• 如果探测不到，代表容器不健康（可以配置连续多少次失败才记为不健康），则 kubelet 会杀掉该容器，并根据容器的重启策略做相应的处理；
• 如果未配置存活探针，则默认容器启动为通过（Success）状态。即探针返回的值永远是 Success。即Success后pod状态是RUNING。

四、实战演示

常用的探针可选参数：

参数名称	默认值	最小值	描述
initialDelaySeconds	0秒	0秒	探测延迟时长，容器启动后多久开始进行第一次探测工作。
periodSeconds	10秒	1秒	探测频度，频率过高会对pod带来较大的额外开销，频率过低则无法及时反映容器产生的错误。
timeoutSeconds	1秒	1秒	探测的超时时长。
failureThreshold	3	1	处于成功状态时，探测连续失败几次可被认为失败。
successThreshold	1	1	处于失败状态时，探测连续成功几次，被认为成功。

1）exec方式

cat >exec-liveness.yaml<<EOF
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
    test: liveness
  name: liveness-exec
spec:
  # 为了测试方便，指定调度机器
  nodeName: local-168-182-110
  containers:
  - name: liveness
    image: registry.aliyuncs.com/google_containers/busybox
    args:
    - /bin/sh
    - -c
    - touch /tmp/healthy; sleep 30; rm -f /tmp/healthy; sleep 600
    livenessProbe:
      exec:
        command:
        - cat
        - /tmp/healthy
      initialDelaySeconds: 5
      periodSeconds: 5
EOF

解释：

• initialDelaySeconds 字段告诉 kubelet 在执行第一次探测前应该等待 5 秒。

• periodSeconds 字段指定了 kubelet 应该每 5 秒执行一次存活探测。

• kubelet 在容器内执行命令 cat /tmp/healthy 来进行探测。

• 如果命令执行成功并且返回值为 0，kubelet 就会认为这个容器是健康存活的。

• 如果这个命令返回非 0 值，kubelet 会杀死这个容器并重新启动它。

• 当容器启动时，执行如下的命令：

/bin/sh -c "touch /tmp/healthy; sleep 30; rm -f /tmp/healthy; sleep 600"

• 这个容器生命的前 30 秒，/tmp/healthy 文件是存在的。 所以在这最开始的 30 秒内，执行命令 cat /tmp/healthy 会返回成功代码。 30 秒之后，执行命令 cat /tmp/healthy 就会返回失败代码。

创建 Pod：

# 最好先拉取镜像，如果是使用docker，就换成docker就行
crictl pull registry.aliyuncs.com/google_containers/busybox

kubectl apply -f exec-liveness.yaml

【问题】ERRO[0000] unable to determine image API version: rpc error: code = Unavailable desc = connection error: desc = “transport: Error while dialing dial unix /var/run/dockershim.sock: connect: no such file or directory”
【解决】原因：未配置endpoints

crictl config runtime-endpoint unix:///run/containerd/containerd.sock
crictl config image-endpoint unix:///run/containerd/containerd.sock

查看

kubectl describe pod liveness-exec

【现象】30s之后检查失败后就重启pod了，又正常了。

2）httpGet 方式

cat >http-liveness.yaml<<EOF
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: liveness-httpget
  namespace: default
spec:
  # 为了测试方便，指定调度机器
  nodeName: local-168-182-110
  containers:
  - name: liveness-httpget-container
    image: nginx
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    ports:
    - name: nginx
      containerPort: 80
    livenessProbe:
      httpGet:
        port: nginx
        path: /index.html
      initialDelaySeconds: 1
      periodSeconds: 3
      timeoutSeconds: 10
EOF

解释：

• initialDelaySeconds字段告诉 kubelet 在执行第一次探测前应该等待 1 秒。
• periodSeconds 字段指定了 kubelet 每隔 3 秒执行一次存活探测。
• kubelet 会向容器内运行的服务（服务在监听 80 端口）发送一个 HTTP GET 请求来执行探测。
• 如果服务器上/index.html路径下的处理程序返回成功代码，则 kubelet 认为容器是健康存活的。
• 如果处理程序返回失败代码，则 kubelet 会杀死这个容器并将其重启。
• 返回大于或等于 200 并且小于 400 的任何代码都标示成功，其它返回代码都标示失败。

执行并查看

crictl pull nginx
kubectl apply -f http-liveness.yaml
kubectl describe pod liveness-httpget

删除 Pod 的 index.html 文件

kubectl exec -it liveness-httpget -- rm -rf /usr/share/nginx/html/index.html
# 再查看
kubectl describe pod liveness-httpget
kubectl get pod liveness-httpget

• 重启原因是 HTTP 探测得到的状态返回码是 404，Liveness probe failed: HTTP probe failed with statuscode: 404。
• 重启完成后，不会再次重启，因为重新拉取的镜像中包含了 index.html 文件。

HTTP Probes 允许针对 httpGet 配置额外的字段：

• host：连接使用的主机名，默认是 Pod 的 IP。也可以在 HTTP 头中设置 “Host” 来代替。
• scheme ：用于设置连接主机的方式（HTTP 还是 HTTPS）。默认是 "HTTP"。
• path：访问 HTTP 服务的路径。默认值为 "/"。
• httpHeaders：请求中自定义的 HTTP 头。HTTP 头字段允许重复。
• port：访问容器的端口号或者端口名。如果数字必须在 1～65535 之间。

你可以通过为探测设置 .httpHeaders 来重载默认的头部字段值；例如：

livenessProbe:
  httpGet:
    httpHeaders:
      - name: Accept
        value: application/json

startupProbe:
  httpGet:
    httpHeaders:
      - name: User-Agent
        value: MyUserAgent

3）tcpSocket 方式

cat >tcp-liveness-readiness.yaml<<EOF
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: liveness-readiness-tcpsocket
  labels:
    app: liveness-readiness-tcpsocket
spec:
  # 为了测试方便，指定调度机器
  nodeName: local-168-182-110
  containers:
  - name: liveness-readiness-tcpsocket
    image: nginx
    ports:
    - containerPort: 80
    readinessProbe:
      tcpSocket:
        port: 80
      initialDelaySeconds: 5
      periodSeconds: 10
    livenessProbe:
      tcpSocket:
        port: 80
      initialDelaySeconds: 15
      periodSeconds: 20
EOF

解释：

• kubelet 会在容器启动 5 秒后发送第一个就绪探测（livenessProbe）。
• 探测器会尝试连接 goproxy 容器的 80 端口。 如果探测成功，这个 Pod 会被标记为就绪状态，kubelet 将继续每隔 10 秒运行一次检测。
• 除了就绪探测，这个配置包括了一个存活探测（livenessProbe）。
• kubelet 会在容器启动 15 秒后进行第一次存活探测（livenessProbe）。
• 与就绪探测类似，活跃探测器会尝试连接 goproxy 容器的 80 端口。 如果存活探测失败，容器会被重新启动。
  执行

kubectl apply -f tcp-liveness-readiness.yaml
kubectl get pod liveness-readiness-tcpsocket
kubectl describe pod liveness-readiness-tcpsocket

4）使用命名端口

对于 HTTP 或者 TCP 存活检测可以使用命名的 port。

ports:
- name: nginx
  containerPort: 80
  hostPort: 80

livenessProbe:
  httpGet:
    path: /index.html
    port: nginx

完整版配置

ports:
- name: nginx
  containerPort: 80
  hostPort: 80

# readinessProbe，就绪探针
livenessProbe:
  httpGet:
    path: /index.html
    port: nginx
  # 延迟多久后开始探测
  initialDelaySeconds: 10
  # 执行探测频率(秒) 【 每隔秒执行一次 】
  periodSeconds: 10
  #  超时时间
  timeoutSeconds: 1
  # 处于成功状态时，探测连续失败几次可被认为失败。
  failureThreshold: 3
  # 处于失败状态时，探测连续成功几次，被认为成功。
  successThreshold: 1

# livenessProbe，存活探针
livenessProbe:
  httpGet:
    path: /index.html
    port: nginx
  # 延迟多久后开始探测
  initialDelaySeconds: 10
  # 执行探测频率(秒) 【 每隔秒执行一次 】
  periodSeconds: 10
  #  超时时间
  timeoutSeconds: 1
  # 处于成功状态时，探测连续失败几次可被认为失败。
  failureThreshold: 3
  # 处于失败状态时，探测连续成功几次，被认为成功。
  successThreshold: 1

# startupProbe，启动探针
startupProbe:
  httpGet:
    path: /index.html
    port: nginx
  # 延迟多久后开始探测
  initialDelaySeconds: 10
  # 执行探测频率(秒) 【 每隔秒执行一次 】
  periodSeconds: 10
  #  超时时间
  timeoutSeconds: 1
  # 处于成功状态时，探测连续失败几次可被认为失败。
  failureThreshold: 3
  # 处于失败状态时，探测连续成功几次，被认为成功。
  successThreshold: 1

一般使用控制器去创建管理pod，对k8s 控制器不清晰的小伙伴，可以参考我之前的文章：Kubernetes（k8s）Deployment、StatefulSet、DaemonSet、Job、CronJob五种控制器详解

下面是一个完整版的示例：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: deployment-probe
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
     app: deployment-probe
  template:
    metadata:
      labels:
        app: deployment-probe
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.17.1
        
        # readinessProbe，就绪探针
        readinessProbe:
          httpGet:
            path: /index.html
            port: nginx
          # 延迟多久后开始探测
          initialDelaySeconds: 10
          # 执行探测频率(秒) 【 每隔秒执行一次 】
          periodSeconds: 10
          #  超时时间
          timeoutSeconds: 1
          # 处于成功状态时，探测连续失败几次可被认为失败。
          failureThreshold: 3
          # 处于失败状态时，探测连续成功几次，被认为成功。
          successThreshold: 1
        
        # livenessProbe，存活探针
        livenessProbe:
          httpGet:
            path: /index.html
            port: nginx
          # 延迟多久后开始探测
          initialDelaySeconds: 10
          # 执行探测频率(秒) 【 每隔秒执行一次 】
          periodSeconds: 10
          #  超时时间
          timeoutSeconds: 1
          # 处于成功状态时，探测连续失败几次可被认为失败。
          failureThreshold: 3
          # 处于失败状态时，探测连续成功几次，被认为成功。
          successThreshold: 1
        
        # startupProbe，启动探针
        startupProbe:
          httpGet:
            path: /index.html
            port: nginx
          # 延迟多久后开始探测
          initialDelaySeconds: 10
          # 执行探测频率(秒) 【 每隔秒执行一次 】
          periodSeconds: 10
          #  超时时间
          timeoutSeconds: 1
          # 处于成功状态时，探测连续失败几次可被认为失败。
          failureThreshold: 3
          # 处于失败状态时，探测连续成功几次，被认为成功。
          successThreshold: 1

执行查看

crictl pull nginx:1.17.1
kubectl apply -f deployment-probe.yaml
kubectl get pod,deploy

Kubernetes（k8s）健康检查详解与实战演示就先到这里了，健康检查会伴随所有k8s编排任务，所以非常重要，其实也不难，小伙伴有什么疑问，欢迎给我留言哦~