1. 认识Pod

1.1 什么是Pod?

Pod 是 k8s 集群进行管理的最小单元,程序要运行必须部署在容器中,而容器必须存在于 Pod 中。Pod 可以认为是容器的封装,一个 Pod 中可以存在一个或者多个容器。

Pod 是 Kubernetes 的最重要概念,每一个 Pod 都有一个特殊的被称为“根容器”的 Pause 容器。Pause 容器对应的镜像属于 Kubernetes 平台的一部分,除了 Pause 容器,每个 Pod 还包含一个或多个紧密相关的用户业务容器。

Pause 容器作用:

  • 可以以它为依据,评估整个 Pod 的健康状态。
  • 可以在根容器上设置 Ip 地址,其它容器都以此Ip(Pod IP),以实现Pod内部的网路通信

Pod 有两种类型:普通 Pod 和静态 Pod。

  • 普通 Pod 一旦被创建,就会被放入到 etcd 中存储,随后会被 Kubernetes Master 调度到某个具体的 Node 上并进行绑定,随后该 Pod 对应的 Node 上的 kubelet 进程实例化成一组相关的 Docker 容器并启动起来。在默认情 况下,当 Pod 里某个容器停止时,Kubernetes 会自动检测到这个问题并且重新启动这个 Pod 里某所有容器, 如果 Pod 所在的 Node 宕机,则会将这个 Node 上的所有 Pod 重新调度到其它节点上。
  • 静态 Pod 是由 kubelet 进行管理的仅存在于特定 Node 上的 Pod,它们不能通过 API Server 进行管理,无法与 ReplicationController、Deployment 或 DaemonSet 进行关联,并且 kubelet 也无法对它们进行健康检查。

image.png

1.2 Pod定义

Pod 的资源清单:

  1. apiVersion: v1 #必选,版本号,例如v1
  2. kind: Pod   #必选,资源类型,例如 Pod
  3. metadata:   #必选,元数据
  4. name: string #必选,Pod名称
  5. namespace: string #Pod所属的命名空间,默认为"default"
  6. labels:    #自定义标签列表
  7. - name: string  
  8. spec: #必选,Pod中容器的详细定义
  9. containers: #必选,Pod中容器列表
  10. - name: string #必选,容器名称
  11. image: string #必选,容器的镜像名称
  12. imagePullPolicy: [ Always|Never|IfNotPresent ] #获取镜像的策略
  13. command: [string] #容器的启动命令列表,如不指定,使用打包时使用的启动命令
  14. args: [string] #容器的启动命令参数列表
  15. workingDir: string #容器的工作目录
  16. volumeMounts: #挂载到容器内部的存储卷配置
  17. - name: string #引用pod定义的共享存储卷的名称,需用volumes[]部分定义的的卷名
  18. mountPath: string #存储卷在容器内mount的绝对路径,应少于512字符
  19. readOnly: boolean #是否为只读模式
  20. ports: #需要暴露的端口库号列表
  21. - name: string #端口的名称
  22. containerPort: int #容器需要监听的端口号
  23. hostPort: int #容器所在主机需要监听的端口号,默认与Container相同
  24. protocol: string #端口协议,支持TCP和UDP,默认TCP
  25. env: #容器运行前需设置的环境变量列表
  26. - name: string #环境变量名称
  27. value: string #环境变量的值
  28. resources: #资源限制和请求的设置
  29. limits: #资源限制的设置
  30. cpu: string #Cpu的限制,单位为core数,将用于docker run --cpu-shares参数
  31. memory: string #内存限制,单位可以为Mib/Gib,将用于docker run --memory参数
  32. requests: #资源请求的设置
  33. cpu: string #Cpu请求,容器启动的初始可用数量
  34. memory: string #内存请求,容器启动的初始可用数量
  35. lifecycle: #生命周期钩子
  36. postStart: #容器启动后立即执行此钩子,如果执行失败,会根据重启策略进行重启
  37. preStop: #容器终止前执行此钩子,无论结果如何,容器都会终止
  38. livenessProbe: #对Pod内各容器健康检查的设置,当探测无响应几次后将自动重启该容器
  39. exec:   #对Pod容器内检查方式设置为exec方式
  40. command: [string] #exec方式需要制定的命令或脚本
  41. httpGet: #对Pod内个容器健康检查方法设置为HttpGet,需要制定Path、port
  42. path: string
  43. port: number
  44. host: string
  45. scheme: string
  46. HttpHeaders:
  47. - name: string
  48. value: string
  49. tcpSocket: #对Pod内个容器健康检查方式设置为tcpSocket方式
  50. port: number
  51. initialDelaySeconds: 0 #容器启动完成后首次探测的时间,单位为秒
  52. timeoutSeconds: 0    #对容器健康检查探测等待响应的超时时间,单位秒,默认1秒
  53. periodSeconds: 0    #对容器监控检查的定期探测时间设置,单位秒,默认10秒一次
  54. successThreshold: 0
  55. failureThreshold: 0
  56. securityContext:
  57. privileged: false
  58. restartPolicy: [Always | Never | OnFailure] #Pod的重启策略
  59. nodeName: <string> #设置NodeName表示将该Pod调度到指定到名称的node节点上
  60. nodeSelector: obeject #设置NodeSelector表示将该Pod调度到包含这个label的node上
  61. imagePullSecrets: #Pull镜像时使用的secret名称,以key:secretkey格式指定
  62. - name: string
  63. hostNetwork: false #是否使用主机网络模式,默认为false,如果设置为true,表示使用宿主机网络
  64. volumes: #在该pod上定义共享存储卷列表
  65. - name: string #共享存储卷名称 (volumes类型有很多种)
  66. emptyDir: {} #类型为emtyDir的存储卷,与Pod同生命周期的一个临时目录。为空值
  67. hostPath: string #类型为hostPath的存储卷,表示挂载Pod所在宿主机的目录
  68. path: string    #Pod所在宿主机的目录,将被用于同期中mount的目录
  69. secret:    #类型为secret的存储卷,挂载集群与定义的secret对象到容器内部
  70. scretname: string
  71. items:
  72. - key: string
  73. path: string
  74. configMap: #类型为configMap的存储卷,挂载预定义的configMap对象到容器内部
  75. name: string
  76. items:
  77. - key: string
  78. path: string

在kubernetes中基本所有资源的一级属性都是一样的,主要包含5部分:

  • apiVersion 版本,由 kubernetes 内部定义,版本号必须可以用 kubectl api-versions 查询到。
  • kind 类型,由 kubernetes 内部定义,版本号必须可以用 kubectl api-resources 查询到。
  • metadata 元数据,主要是资源标识和说明,常用的有 name、namespace、labels 等。
  • spec 描述,这是配置中最重要的一部分,里面是对各种资源配置的详细描述。
  • status 状态信息,里面的内容不需要定义,由kubernetes自动生成。

    在上面的属性中,spec是接下来研究的重点,继续看下它的常见子属性:

    • containers <[]Object> 容器列表,用于定义容器的详细信息。
    • nodeName 根据 nodeName 的值将 pod 调度到指定的Node节点上。
    • nodeSelector 根据 NodeSelector 中定义的信息选择将该 Pod 调度到包含这些 label 的 Node 上。
    • hostNetwork 是否使用主机网络模式,默认为 false,如果设置为 true,表示使用宿主机网络。
    • volumes <[]Object> 存储卷,用于定义 Pod 上面挂在的存储信息。
    • restartPolicy 重启策略,表示 Pod 在遇到故障的时候的处理策略。

      2. Pod配置

      2.1 containers基本配置

      主要来研究 pod.spec.containers 属性,这也是pod配置中最为关键的一项配置。
      [root@k8s-master01 ~]# kubectl explain pod.spec.containers
      KIND:     Pod
      VERSION:  v1
      RESOURCE: containers <[]Object>   # 数组,代表可以有多个容器
      FIELDS:
       name  <string>     # 容器名称
       image <string>     # 容器需要的镜像地址
       imagePullPolicy  <string> # 镜像拉取策略 
       command  <[]string> # 容器的启动命令列表,如不指定,使用打包时使用的启动命令
       args     <[]string> # 容器的启动命令需要的参数列表
       env      <[]Object> # 容器环境变量的配置
       ports    <[]Object>     # 容器需要暴露的端口号列表
       resources <Object>      # 资源限制和资源请求的设置
      
      1、创建 pod-base.yaml 文件,内容如下:

      busybox 并不是一个程序,而是类似于一个工具类的集合。因为 kubernetes 集群启动管理后,它会自动关闭。解决方法就是让其一直在运行,这就用到了 command 配置。

      “/bin/sh”,”-c”, 使用sh执行命令 touch /tmp/hello.txt; 创建一个/tmp/hello.txt 文件 while true;do /bin/echo $(date +%T) >> /tmp/hello.txt; sleep 3; done; 每隔3秒向文件中写入当前时间

    apiVersion: v1
    kind: Pod
    metadata:
      name: pod-base
      namespace: dev
      labels:
        user: yxw
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.17.1
      - name: busybox
        image: busybox:1.30
        command: ["/bin/sh","-c","touch /tmp/hello.txt;while true;do /bin/echo $(date +%T) >> /tmp/hello.txt; sleep 3; done;"]
    

    2、创建并查看 pod 详情。

    # 创建pod
    [root@k8s-master01 kubeadm_yaml]# kubectl apply -f pod-base.yaml 
    pod/pod-base created
    
    # 查看pod状况
    # READY 1/2 : 表示当前Pod中有2个容器,其中1个准备就绪,1个未就绪
    # RESTARTS  : 重启次数,因为有1个容器故障了,Pod一直在重启试图恢复它
    [root@k8s-master01 kubeadm_yaml]# kubectl get pods -n dev
    NAME       READY   STATUS             RESTARTS      AGE
    pod-base   1/2     CrashLoopBackOff   3 (49s ago)   3m2s
    
    # 可以通过describe查看内部的详情
    # 此时已经运行起来了一个基本的Pod,虽然它暂时有问题
    [root@k8s-master01 pod]# kubectl describe pod pod-base -n dev
    

    2.2 镜像拉取策略

    创建 pod-imagepullpolicy.yaml 文件,内容如下:

    imagePullPolicy,用于设置镜像拉取策略,kubernetes支持配置三种拉取策略:

    • Always:总是从远程仓库拉取镜像(一直远程下载)
    • IfNotPresent:本地有则使用本地镜像,本地没有则从远程仓库拉取镜像(本地有就本地 本地没远程下载)
    • Never:只使用本地镜像,从不去远程仓库拉取,本地没有就报错 (一直使用本地)

    如果镜像 tag 为具体版本号,默认策略是 IfNotPresent,如果镜像 tag 是 latest,默认策略是 Always。

    apiVersion: v1
    kind: Pod
    metadata:
      name: pod-imagepullpolicy
      namespace: dev
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.17.1
        imagePullPolicy: IfNotPresent # 用于设置镜像拉取策略
      - name: busybox
        image: busybox:1.30
    

    2.3 环境变量配置

    1、创建 pod-env.yaml 文件,内容如下:

    apiVersion: v1
    kind: Pod
    metadata:
      name: pod-env
      namespace: dev
    spec:
      containers:
      - name: busybox
        image: busybox:1.30
        command: ["/bin/sh","-c","while true;do /bin/echo $(date +%T);sleep 60; done;"]
        env: # 设置环境变量列表
        - name: "username"
          value: "admin"
        - name: "password"
          value: "123456"
    

    2、env,环境变量,用于在pod中的容器设置环境变量。

    # 创建Pod
    [root@k8s-master01 ~]# kubectl create -f pod-env.yaml
    pod/pod-env created
    
    # 进入容器,输出环境变量
    [root@k8s-master01 ~]# kubectl exec pod-env -n dev -c busybox -it /bin/sh
    / # echo $username
    admin
    / # echo $password
    123456
    

    这种方式不是很推荐,推荐将这些配置单独存储在配置文件中,这种方式将在后面介绍

    2.4 配置端口映射

    1、查看容器支持的子选项。

    [root@k8s-master01 ~]# kubectl explain pod.spec.containers.ports
    KIND:     Pod
    VERSION:  v1
    RESOURCE: ports <[]Object>
    FIELDS:
       name         <string>  # 端口名称,如果指定,必须保证name在pod中是唯一的        
       containerPort<integer> # 容器要监听的端口(0<x<65536)
       hostPort     <integer> # 容器要在主机上公开的端口,如果设置,主机上只能运行容器的一个副本(一般省略) 
       hostIP       <string>  # 要将外部端口绑定到的主机IP(一般省略)
       protocol     <string>  # 端口协议。必须是UDP、TCP或SCTP。默认为“TCP”。
    

    2、创建pod-ports.yaml。

    apiVersion: v1
    kind: Pod
    metadata:
      name: pod-ports
      namespace: dev
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.17.1
        ports: # 设置容器暴露的端口列表
        - name: nginx-port
          containerPort: 80
          protocol: TCP
    

    3、创建并查看 pod。

    # 创建Pod
    [root@k8s-master01 ~]# kubectl create -f pod-ports.yaml
    pod/pod-ports created
    
    # 查看pod
    # 在下面可以明显看到配置信息
    [root@k8s-master01 kubeadm_yaml]# kubectl get pod pod-ports -n dev -o yaml
    apiVersion: v1
    kind: Pod
    ......
    spec:
      containers:
      - image: nginx:1.17.1
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        name: nginx
        ports:
        - containerPort: 80
    ......
    

    访问容器中的程序需要使用的是 Podip:containerPort。

    2.5 资源配额

    容器中的程序要运行,肯定是要占用一定资源的,比如 cpu 和内存等,如果不对某个容器的资源做限制,那么它就可能吃掉大量资源,导致其它容器无法运行。针对这种情况,kubernetes 提供了对内存和 cpu 的资源进行配额的机制,这种机制主要通过 resources 选项实现,他有两个子选项:

    • limits:用于限制运行时容器的最大占用资源,当容器占用资源超过 limits 时会被终止,并进行重启
    • requests :用于设置容器需要的最小资源,如果环境资源不够,容器将无法启动

    可以通过上面两个选项设置资源的上下限。

    1、编写一个测试案例,创建pod-resources.yaml。

    在这对cpu和memory的单位做一个说明:

    • cpu:core数,可以为整数或小数
    • memory: 内存大小,可以使用Gi、Mi、G、M等形式
    apiVersion: v1
    kind: Pod
    metadata:
      name: pod-resources
      namespace: dev
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.17.1
        resources: # 资源配额
          limits:  # 限制资源(上限)
            cpu: "2" # CPU限制,单位是core数
            memory: "10Gi" # 内存限制
          requests: # 请求资源(下限)
            cpu: "1"  # CPU限制,单位是core数
            memory: "10Mi"  # 内存限制
    

    2、运行并查看 pod。

    # 运行Pod
    [root@k8s-master01 kubeadm_yaml]# kubectl apply -f pod-resources.yaml 
    pod/pod-resources created
    
    # 查看发现pod运行正常
    [root@k8s-master01 kubeadm_yaml]# kubectl get pod pod-resources -n dev
    NAME            READY   STATUS    RESTARTS   AGE
    pod-resources   1/1     Running   0          17s   
    
    # 接下来,停止Pod
    [root@k8s-master01 kubeadm_yaml]# kubectl delete  -f pod-resources.yaml
    pod "pod-resources" deleted
    
    # 编辑pod,修改resources.requests.memory的值为10Gi
    [root@k8s-master01 ~]# vim pod-resources.yaml
    
    # 再次启动pod
    [root@k8s-master01 ~]# kubectl create  -f pod-resources.yaml
    pod/pod-resources created
    
    # 查看Pod状态,发现Pod启动失败
    [root@k8s-master01 kubeadm_yaml]# kubectl get pod pod-resources -n dev -o wide
    NAME            READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP       NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
    pod-resources   0/1     Pending   0          5s    <none>   <none>   <none>           <none>   
    
    # 查看pod详情会发现,如下提示
    [root@k8s-master01 ~]# kubectl describe pod pod-resources -n dev
    ......
    Warning  FailedScheduling  28s   default-scheduler  0/3 nodes are available: 1 node(s) had taint {node-role.kubernetes.io/master: }, that the pod didn't tolerate, 2 Insufficient memory.(内存不足)
    

    3. 常用命令

    查看资源的可配置项

    #可通过一个命令来查看每种资源的可配置项
    [root@k8s-master01 kubeadm_yaml]# kubectl explain pod
    KIND:     Pod
    VERSION:  v1
    
    DESCRIPTION:
         Pod is a collection of containers that can run on a host. This resource is
         created by clients and scheduled onto hosts.
    ...
    

    创建并运行

    # kubernetes没有提供单独运行Pod的命令,都是通过Pod控制器来实现的
    # 命令格式: kubectl run (pod控制器名称) [参数] 
    # --image  指定Pod的镜像
    # --port   指定端口
    # --namespace  指定namespace
    kubectl run nginx --image=nginx:latest --port=80 --namespace dev
    

    查看 Pod 信息

    # 查看pod基本信息
    kubectl get pods -n dev
    
    # 查看Pod的详细信息
    kubectl describe pod nginx -n dev
    

    访问 Pod

    # 获取podIP
    kubectl get pods -n dev -o wide
    
    # 访问POD
    curl http://10.244.85.197:80
    

    删除指定 Pod

    # 删除指定Pod
    kubectl delete pod nginx -n dev
    # 此时,显示删除Pod成功,但是再查询,发现又新产生了一个 
    # 这是因为当前Pod是由Pod控制器创建的,控制器会监控Pod状况,一旦发现Pod死亡,会立即重建
    # 此时要想删除Pod,必须删除Pod控制器
    
    # 查询一下当前namespace下的Pod控制器
    kubectl get deploy -n  dev
    
    # 删除pod控制器
    kubectl delete deploy nginx -n dev
    

    配置方式

    apiVersion: v1
    kind: Pod
    metadata:
      name: nginx
      namespace: dev
    spec:
      containers:
      - image: nginx:latest
        name: pod
        ports:
        - name: nginx-port
          containerPort: 80
          protocol: TCP
    

    4. 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。

      5. 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。

    1、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
      restartPolicy: Never # 设置重启策略为Never
    

    2、运行 Pod 测试。

    # 创建Pod
    [root@k8s-master01 ~]# kubectl create -f pod-restartpolicy.yaml
    pod/pod-restartpolicy created
    
    # 查看Pod详情,发现nginx容器失败
    [root@k8s-master01 ~]# kubectl  describe pods pod-restartpolicy  -n dev
    ......
      Warning  Unhealthy  15s (x3 over 35s)  kubelet, node1     Liveness probe failed: HTTP probe failed with statuscode: 404
      Normal   Killing    15s                kubelet, node1     Container nginx failed liveness probe
    
    # 多等一会,再观察pod的重启次数,发现一直是0,并未重启   
    [root@k8s-master01 ~]# kubectl  get pods pod-restartpolicy -n dev
    NAME                   READY   STATUS    RESTARTS   AGE
    pod-restartpolicy      0/1     Running   0          5min42s