深入剖析Kubernetes学习笔记：Pod（13）
一、为什么我们会需要 Pod？
是啊，我们在前面已经花了很多精力去解读 Linux 容器的原理、分析了 Docker 容器的本质，终于，“Namespace 做隔离，Cgroups 做限制，rootfs 做文件系统”这样的“三句箴言”可以朗朗上口了，
1、为什么 Kubernetes 项目又突然搞出一个 Pod 来呢？
要回答这个问题，我们还是要一起回忆一下我曾经反复强调的一个问题：容器的本质到底是什么？
你现在应该可以不假思索地回答出来：容器的本质是进程。
没错。容器，就是未来云计算系统中的进程；容器镜像就是这个系统里的“.exe”安装包。
2、那么 Kubernetes 呢？
你应该也能立刻回答上来：Kubernetes 就是操作系统！
非常正确。，
1、进程组
1、Linux
不难发现，在一个真正的操作系统里，进程并不是“孤苦伶仃”地独自运行的，而是以进程组的方式，“有原则地”组织在一起。
比如，这里有一个叫作 rsyslogd 的程序，它负责的是 Linux 操作系统里的日志处理。
可以看到，rsyslogd 的主程序 main，和它要用到的内核日志模块 imklog 等，同属于 1632 进程组。这些进程相互协作，共同完成 rsyslogd 程序的职责。
注意：我在本篇中提到的“进程”，比如，rsyslogd 对应的 imklog，imuxsock 和 main，严格意义上来说，其实是 Linux 操作系统语境下的“线程”。这些线程，或者说，轻量级进程之间，可以共享文件、信号、数据内存、甚至部分代码，从而紧密协作共同完成一个程序的职责。所以同理，我提到的“进程组”，对应的也是 Linux 操作系统语境下的“线程组”。这种命名关系与实际情况的不一致，是 Linux 发展历史中的一个遗留问题。对这个话题感兴趣的同学，可以阅读这篇技术文章来了解一下。
2、Kubernetes
2、rsyslogd 应用给容器化
1、容器化
再次强调一下：容器的“单进程模型”，并不是指容器里只能运行“一个”进程，而是指容器没有管理多个进程的能力。这是因为容器里 PID=1 的进程就是应用本身，其他的进程都是这个 PID=1 进程的子进程。可是，用户编写的应用，并不能够像正常操作系统里的 init 进程或者 systemd 那样拥有进程管理的功能。比如，你的应用是一个 Java Web 程序（PID=1），然后你执行 docker exec 在后台启动了一个 Nginx 进程（PID=3）。可是，当这个 Nginx 进程异常退出的时候，你该怎么知道呢？这个进程退出后的垃圾收集工作，又应该由谁去做呢？
2、Docker Swarm
成组调度没有被妥善处理
不完美的解决办法
3、Kubernetes 项目
超亲密关系
二、Pod 的实现原理
1、首先，关于 Pod 最重要的一个事实是：它只是一个逻辑概念。
也就是说，Kubernetes 真正处理的，还是宿主机操作系统上 Linux 容器的 Namespace 和 Cgroups，而并不存在一个所谓的 Pod 的边界或者隔离环境。
那么，Pod 又是怎么被“创建”出来的呢？
答案是：Pod，其实是一组共享了某些资源的容器。
具体的说：Pod 里的所有容器，共享的是同一个 Network Namespace，并且可以声明共享同一个 Volume。
那这么来看的话，一个有 A、B 两个容器的 Pod，不就是等同于一个容器（容器 A）共享另外一个容器（容器 B）的网络和 Volume 的玩儿法么？
这好像通过 docker run --net --volumes-from 这样的命令就能实现嘛，比如：
$ docker run --net=B --volumes-from=B --name=A image-A ...
但是，你有没有考虑过，如果真这样做的话，容器 B 就必须比容器 A 先启动，这样一个 Pod 里的多个容器就不是对等关系，而是拓扑关系了。
2、 Infra 容器
在这个 Pod 中，Infra 容器永远都是第一个被创建的容器，而其他用户定义的容器，则通过 Join Network Namespace 的方式，与 Infra 容器关联在一起。这样的组织关系，可以用下面这样一个示意图来表达：
1、占用极少的资源
2、用户容器就可以加入到 Infra 容器
这也就意味着，对于 Pod 里的容器 A 和容器 B 来说：
3、而对于同一个 Pod 里面的所有用户容器来说
4、网络插件
5、共享 Volume
比如下面这个例子：
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: two-containers
spec:
restartPolicy: Never
volumes:
- name: shared-data
hostPath:
path: /data
containers:
- name: nginx-container
image: nginx
volumeMounts:
- name: shared-data
mountPath: /usr/share/nginx/html
- name: debian-container
image: debian
volumeMounts:
- name: shared-data
mountPath: /pod-data
command: ["/bin/sh"]
args: ["-c", "echo Hello from the debian container > /pod-data/index.html"]
在这个例子中，debian-container 和 nginx-container 都声明挂载了 shared-data 这个 Volume。而 shared-data 是 hostPath 类型。所以，它对应在宿主机上的目录就是：/data。而这个目录，其实就被同时绑定挂载进了上述两个容器当中。
这就是为什么，nginx-container 可以从它的 /usr/share/nginx/html 目录中，读取到 debian-container 生成的 index.html 文件的原因。
三、容器设计模式
Pod 这种“超亲密关系”容器的设计思想，实际上就是希望，当用户想在一个容器里跑多个功能并不相关的应用时，应该优先考虑它们是不是更应该被描述成一个 Pod 里的多个容器。
为了能够掌握这种思考方式，你就应该尽量尝试使用它来描述一些用单个容器难以解决的问题。
1、第一个最典型的例子是：WAR 包与 Web 服务器。
1、用例描述
我们现在有一个 Java Web 应用的 WAR 包，它需要被放在 Tomcat 的 webapps 目录下运行起来。
2、用 Docker 来做这件事情
假如，你现在只能用 Docker 来做这件事情，那该如何处理这个组合关系呢？
1、方法一
2、方法二
3、有了 Pod 之后，这样的问题就很容易解决了
我们可以把 WAR 包和 Tomcat 分别做成镜像，然后把它们作为一个 Pod 里的两个容器“组合”在一起
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: javaweb-2
spec:
initContainers:
- image: geektime/sample:v2
name: war
command: ["cp", "/sample.war", "/app"]
volumeMounts:
- mountPath: /app
name: app-volume
containers:
- image: geektime/tomcat:7.0
name: tomcat
command: ["sh","-c","/root/apache-tomcat-7.0.42-v2/bin/start.sh"]
volumeMounts:
- mountPath: /root/apache-tomcat-7.0.42-v2/webapps
name: app-volume
ports:
- containerPort: 8080
hostPort: 8001
volumes:
- name: app-volume
emptyDir: {}
1、定义两个镜像
2、Init Container
3、启动流程
所以，等 Tomcat 容器启动时，它的 webapps 目录下就一定会存在 sample.war 文件：这个文件正是 WAR 包容器启动时拷贝到这个 Volume 里面的，而这个 Volume 是被这两个容器共享的。
4、sidecar
2、第二个例子，则是容器的日志收集。
1、需求描述
比如，我现在有一个应用，需要不断地把日志文件输出到容器的 /var/log 目录中。
2、解决思路
这时，我就可以把一个 Pod 里的 Volume 挂载到应用容器的 /var/log 目录上。
然后，我在这个 Pod 里同时运行一个 sidecar 容器，它也声明挂载同一个 Volume 到自己的 /var/log 目录上。
这样，接下来 sidecar 容器就只需要做一件事儿，那就是不断地从自己的 /var/log 目录里读取日志文件，转发到 MongoDB 或者 Elasticsearch 中存储起来。这样，一个最基本的日志收集工作就完成了。
3、sidecar 的主要工作
四、容器与虚拟机
1、容器和虚拟机没有任何相似的地方
但实际上，无论是从具体的实现原理，还是从使用方法、特性、功能等方面，容器与虚拟机几乎没有任何相似的地方；
也不存在一种普遍的方法，能够把虚拟机里的应用无缝迁移到容器中。
因为，容器的性能优势，必然伴随着相应缺陷，即：它不能像虚拟机那样，完全模拟本地物理机环境中的部署方法。
所以，这个“上云”工作的完成，最终还是要靠深入理解容器的本质，即：进程。
2、容器的本质：进程
实际上，一个运行在虚拟机里的应用，哪怕再简单，也是被管理在 systemd 或者 supervisord 之下的一组进程，
而不是一个进程。这跟本地物理机上应用的运行方式其实是一样的。
这也是为什么，从物理机到虚拟机之间的应用迁移，往往并不困难。
可是对于容器来说，一个容器永远只能管理一个进程。更确切地说，一个容器，就是一个进程。
这是容器技术的“天性”，不可能被修改。所以，将一个原本运行在虚拟机里的应用，“无缝迁移”到容器中的想法，实际上跟容器的本质是相悖的。
这也是当初 Swarm 项目无法成长起来的重要原因之一：一旦到了真正的生产环境上，Swarm 这种单容器的工作方式，就难以描述真实世界里复杂的应用架构了。
3、可以这么理解Pod的本质
所以，你现在可以这么理解Pod的本质：
Pod，实际上是在扮演传统基础设施里“虚拟机”的角色；而容器，则是这个虚拟机里运行的用户程序。
所以下一次，当你需要把一个运行在虚拟机里的应用迁移到 Docker 容器中时，一定要仔细分析到底有哪些进程（组件）运行在这个虚拟机里。
- 然后，你就可以把整个虚拟机想象成为一个 Pod，
- 把这些进程分别做成容器镜像，
- 把有顺序关系的容器，定义为 Init Container。
这才是更加合理的、松耦合的容器编排诀窍，也是从传统应用架构，到“微服务架构”最自然的过渡方式。
注意：Pod 这个概念，提供的是一种编排思想，而不是具体的技术方案。所以，如果愿意的话，你完全可以使用虚拟机来作为 Pod 的实现，然后把用户容器都运行在这个虚拟机里。比如，Mirantis 公司的virtlet 项目就在干这个事情。甚至，你可以去实现一个带有 Init 进程的容器项目，来模拟传统应用的运行方式。这些工作，在 Kubernetes 中都是非常轻松的，也是我们后面讲解 CRI 时会提到的内容。
相反的，如果强行把整个应用塞到一个容器里，甚至不惜使用 Docker In Docker 这种在生产环境中后患无穷的解决方案，恐怕最后往往会得不偿失
