Kubernetes
Kubernetes是一个开源容器编排平台，大大简化了应用程序的创建和管理。
Kubernetes之类的分布式系统可能很难管理，原因是涉及许多活动组件，所有这些组件必须正常工作，整个系统才能顺畅运行。即使某个小组件坏掉，也需要检测和修复它。
这些操作还需要自动化。Kubernetes让我们可以借助就绪探针和存活探针做到这一点。这里详细讨论了这些探针，在此之前先讨论一下健康检查。

1、什么是健康检查？

健康检查是一种让系统知道应用程序实例是否正常运行的简单方法。如果应用程序实例未正常运行，其他服务不会访问它或向它发送请求。相反，会将请求发送到另一个准备就绪的实例，或者应该重试发送请求。
系统应该能够使应用程序处于健康状态。默认情况下，pod内的所有容器都已启动后，Kubernetes会开始向该pod发送流量。容器崩溃时，Kubernetes会重启容器。这个默认行为应该足以开始上手。由于Kubernetes有助于创建自定义健康检查，提高部署稳健性就变得比较简单，现在先讨论一下pod生命周期。

2、pod生命周期

Kubernetes pod遵循已定义的生命周期。这些是不同的阶段：
• pod首次创建后，从pending（挂起）阶段开始。调度器试图搞清楚把pod放置在哪里。如果调度器找不到放置pod的节点，它将保持挂起状态。（要检查pod为何处于挂起状态，运行kubectl describe pod <pod name>命令）。
• 一旦pod被调度，它进入容器creating（创建）阶段，在此阶段拉取应用程序所需的镜像，随后容器启动。
• 一旦容器在pod中，它进入running（运行）阶段，在此阶段它继续运行，直至程序成功完成或终止。
要检查pod的状态，请运行kubectl get pod命令，检查STATUS列。在这种情况下，所有pod都处于运行状态。此外，READY列表明pod已准备好接受用户流量。

  1. # kubectl get pod
  2. NAME READY STATUS RESTARTS AGE
  3. my-nginx-6b74b79f57-fldq6 1/1 Running 0 20s
  4. my-nginx-6b74b79f57-n67wp 1/1 Running 0 20s
  5. my-nginx-6b74b79f57-r6pcq 1/1 Running 0 20s

3、Kubernetes中不同类型的探针

Kubernetes提供了以下类型的健康检查：
• 就绪探针：该探针将告诉你应用程序何时准备为流量提供服务。在允许服务向pod发送流量之前，Kubernetes将确保就绪探针通过。如果就绪探针未通过，Kubernetes不会向pod发送流量，直至探针通过。
• 存活探针：存活探针会让Kubernetes可以知道应用程序是否健康。如果应用程序健康，Kubernetes不会干扰pod的运行，但如果不健康，Kubernetes就会销毁pod，并启动新的pod来替换它。
为了进一步理解这点，不妨以实际场景为例。应用程序需要一些时间来预热，或从GitHub等某个外部源下载应用程序内容。除非完全准备好，否则应用程序不会接受流量。默认情况下，一旦容器内的进程启动，Kubernetes就会开始发送流量。使用就绪探针，Kubernetes会等到应用程序完全启动后，才允许服务将流量发送到新副本。
不妨看另一种场景：应用程序因代码错误而崩溃（可能是极端情况），并且无限期挂起，停止为请求提供服务。由于进程默认继续运行，Kubernetes会将流量发送到坏掉的pod。使用存活探针，Kubernetes将检测到应用程序不再为请求提供服务，默认情况下重启出故障的pod。
现在看看如何定义探针。探针有三种类型：
• HTTP
• TCP
• 命令
注意：可以选择从定义就绪探针或存活探针开始，因为两者的实现都需要类似的模板。比如说，如果先定义存活探针，可以使用它来定义就绪探针，反之亦然。
• HTTP探针（httpGet）：这是最常见的探针类型。即使应用程序不是HTTP服务器，通常也可以在应用程序内创建轻量级 HTTP服务器以响应存活探针。Kubernetes将在特定端口（本例中端口8080）测式ping路径（比如/healthz）。如果它收到200或300范围内的HTTP响应，将被标记为健康。（想进一步了解HTTP响应代码，请参阅该链接https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/HTTP/Status）。否则，它会被标记为不健康。以下是定义HTTP存活探针的方法：

  1. livenessProbe:
  2.   httpGet:
  3.     path: /healthz
  4.     port: 8080

HTTP就绪探针的定义与HTTP存活探针类似，只需要把liveness换成readiness。

  1. readinessProbe:
  2.   httpGet:
  3.     path: /healthz
  4.     port: 8080

• TCP探针（tcpSocket）：使用TCP探针，Kubernetes会尝试在指定端口（比如下例中的8080端口）建立TCP连接。如果可以建立连接，则认为容器是健康的。如果不能，视为失败。在HTTP或命令探针无法正常工作的情况下，这些探针会很方便。比如说，FTP服务将能够使用这种类型的探针。

  1. readinessProbe:
  2.   tcpSocket:
  3.       port: 8080

• 命令探针（exec命令）：在命令探针情况下，Kubernetes将在容器内运行命令。如果命令返回退出代码0，容器将被标记为健康。否则，将被标记为不健康。当不能或不想运行HTTP服务器时，这种类型的探针很有用，可以运行命令来检查应用程序是否健康。在下面示例中，检查文件/tmp/healthy是否存在；如果命令返回退出代码0，容器将被标记为健康；否则，它将被标记为不健康。

  1. livenessProbe:
  2. exec:
  3. command:
  4.   - cat
  5.   - /tmp/healthy

可根据需要运行的频率、成功和失败阈值以及等待响应的时间，以多种方式配置探针。
• initialDelaySeconds（默认值0）：如果知道应用程序需要n秒（比如30秒）来预热，可以使用initialDelaySeconds来添加延迟（以秒为单位），直至执行第一次检查。
• periodSeconds（默认值10）：如果想要指定执行检查的频率，可以使用periodSeconds来定义。
• timeoutSeconds（默认值1）：这定义了探针操作超时之前的最大秒数。
• successThreshold（默认值1）：这是在失败后探针直至被认为成功的尝试次数。
• failureThreshold（默认值 3）：万一探针失败，Kubernetes会尝试多次，然后将探针标记为失败。
注意：默认情况下，如果应用程序在尝试3次后仍未准备好，探针将停止。如果是存活探针，它将重启容器。如果是就绪探针，它会将pod标记为不健康。
有关探针配置的更多信息，请参阅该链接：https://kubernetes.io/docs/tasks/configure-pod-container/configure-liveness-readiness-startup-probes/#configure-probes。
不妨结合到目前为止已讨论过的所有内容。这里要注意的关键是readinessProbe与httpGet的使用。第一次检查将在10秒后执行，然后每5秒重复一次。

  1. apiVersion: v1
  2. kind: Pod 
  3. metadata:
  4.   labels:
  5.   run: nginx
  6.   name: nginx
  7. spec:
  8.   containers:
  9.   - image: nginx
  10.     name: nginx
  11.     readinessProbe:
  12.     httpGet:
  13.     path: /
  14.     port: 80
  15.     initialDelaySeconds: 10
  16.     periodSeconds: 5

• 要创建pod，请使用kubectl create命令，并使用-f标志指定YAML清单文件。可以为该文件取任何名称，但后缀名应该是.yaml。

  1. kubectl create -f readinessprobe.yaml
  2. pod/nginx created

• 如果现在检查pod的状态，它应该在STATUS列下显示状态为Running。但如果检查READY列，它仍然会显示0/1，这意味着它没有准备好接受新的连接。

  1. kubectl get pod
  2. NAME READY STATUS RESTARTS AGE
  3. nginx 0/1 Running 0 16s

• 由于将初始延迟设置为1秒，几秒钟后验证状态。现在，pod应该在运行。

  1. kubectl get pod
  2. NAME READY STATUS RESTARTS AGE
  3. nginx 1/1 Running 0 28s

• 要检查定义就绪探针时使用的所有参数（比如initialDelaySeconds、periodSeconds等）的详细状态，运行kubectl describe命令。

  1. kubectl describe pod nginx |grep -i readiness
  2. Readiness: http-get http://:80/ delay=10s timeout=1s period=5s #success=1 #failure=3

不妨通过一个例子进一步加深对存活探针和就绪探针概念的了解。先从活性探针开始。在下面例子中，在执行命令：touch healthy; sleep 20; rm -rf healthy; sleep 600’。
借助该命令，使用touch 命令创建了文件名“healthy”。该文件前20秒将存在于容器中，然后使用rm -rf命令将其删除。最后，容器将休眠600秒。
随后定义了存活探针。它先使用cat health命令检查该文件是否存在。它以5秒的初始延迟完成此操作。进一步定义了参数periodSeconds，它每5秒就执行存活探针。一旦删除该文件，20秒后，探针将处于失败状态。

  1. apiVersion: v1
  2. kind: Pod
  3. metadata:
  4.   labels:
  5.   name: liveness-probe-exec
  6. spec:
  7.   containers:
  8.   - name: liveness-probe
  9.     image: busybox
  10.     args:
  11.       - /bin/sh
  12.       - -c
  13.       - touch healthy; sleep 20; rm -rf healthy; sleep 600
  14.     livenessProbe:
  15.     exec:
  16.     command:
  17.       - cat
  18.       - healthy
  19.     initialDelaySeconds: 5
  20.     periodSeconds: 5

• 要创建pod，将上述代码存储在以.yaml结尾的文件中（比如liveness-probe.yaml），然后使用-f <file name> 执行kubectl create命令，这将创建pod。

  1. # kubectl create -f liveness-probe.yaml
  2. pod/liveness-probe-exec created

• 运行kubectl get events命令，会看到存活探针已失败，容器已被杀死并重启。

  1. 54s Normal Scheduled pod/liveness-probe-exec Successfully assigned default/liveness-probe-exec to controlplane
  2. 53s Normal Pulling pod/liveness-probe-exec Pulling image "busybox"
  3. 52s Normal Pulled pod/liveness-probe-exec Successfully pulled image "busybox" in 384.330188ms
  4. 52s Normal Created pod/liveness-probe-exec Created container liveness-probe
  5. 52s Normal Started pod/liveness-probe-exec Started container liveness-probe
  6. 18s Warning Unhealthy pod/liveness-probe-exec Liveness probe failed: cat: can't open 'healthy': No such file or directory
  7. 18s Normal Killing pod/liveness-probe-exec Container liveness-probe failed liveness probe, will be restarted

• 还可以使用kubectl get pods命令进行验证，正如在重启列中看到，容器重启了一次。

  1. # kubectl get pods
  2. NAME READY STATUS RESTARTS AGE
  3. liveness-probe-exec 1/1 Running 1 24s

• 现在已了解存活探针的工作原理，不妨调整上面的例子将其定义为就绪探针，以此了解就绪探针的工作原理。在下面例子中，在容器内执行命令（sleep 20; touch healthy; sleep 600），它先休眠20秒，创建一个文件，最后休眠600秒。由于初始延迟设置为15秒，第一次检查以15 秒延迟来执行。

  1. apiVersion: v1
  2. kind: Pod
  3. metadata:
  4.   labels:
  5.   name: readiness-probe-exec
  6. spec:
  7.   containers:
  8.     - name: readiness-probe
  9.       image: busybox
  10.       args:
  11.         - /bin/sh
  12.         - -c
  13.         - sleep 20;touch healthy;sleep 600
  14.       readinessProbe:
  15.       exec:
  16.       command:
  17.         - cat
  18.         - healthy
  19.       initialDelaySeconds: 15
  20.       periodSeconds: 5

• 要创建pod，将上述代码存储在以.yaml结尾的文件中，然后执行kubectl create命令，该命令将创建pod。

  1. # kubectl create -f readiness-probe.yaml
  2. pod/readiness-probe-exec created

• 如果在这里执行kubectl get events，会看到探针失败，因为文件不存在。

  1. 63s Normal Scheduled pod/readiness-probe-exec Successfully assigned default/readiness-probe-exec to controlplane
  2. 62s Normal Pulling pod/readiness-probe-exec Pulling image "busybox"
  3. 62s Normal Pulled pod/readiness-probe-exec Successfully pulled image "busybox" in 156.57701ms
  4. 61s Normal Created pod/readiness-probe-exec Created container readiness-probe
  5. 61s Normal Started pod/readiness-probe-exec Started container readiness-probe
  6. 42s Warning Unhealthy pod/readiness-probe-exec Readiness probe failed: cat: can't open 'healthy': No such file or directory
  7. If you check the status of the container initially, it is not in a ready state.
  8. # kubectl get pods
  9. NAME READY STATUS RESTARTS AGE
  10. readiness-probe-exec 0/1 Running 0 5s

• 但是如果在20秒后检查它，它应该处于运行状态。

  1. # kubectl get pods
  2. NAME READY STATUS RESTARTS AGE 
  3. readiness-probe-exec 1/1 Running 0 27s

结论

任何分布式系统都需要检查健康，Kubernetes也不例外。使用健康检查为Kubernetes服务提供稳固的基础、更高的可靠性和更长的正常运行时间。