详解Kubernetes Pod优雅退出

人艰不拆_zmc2024-06-20 15:59

1、概述

Pod优雅关闭是指在Kubernetes中，当Pod因为某种原因（如版本更新、资源不足、故障等）需要被终止时，Kubernetes不会立即强制关闭Pod，而是首先尝试以一种"优雅"的方式关闭Pod。这个过程允许Pod中的容器有足够的时间来响应终止信号（默认为SIGTERM），并在终止前完成必要的清理工作，如保存数据、关闭连接等。

注意 ：在《Docker容器优雅退出》这篇博文中，我们详细讲解了Docker优雅退出机制，在本文我们将详细详解Kubernetes Pod优雅退出机制。

1.1 Pod优雅退出流程

具体来说，Pod优雅关闭的流程如下：

（1）PreStop Hook：

    • 在Pod的定义中，可以配置一个PreStop Hook。这是一个在容器接收到SIGTERM信号之前执行的命令或HTTP请求。
    • PreStop Hook允许容器在接收到SIGTERM信号前，有一段缓冲时间来执行清理工作，如关闭数据库连接、保存文件、通知其他系统等。

（2）SIGTERM信号：

    • 在PreStop Hook执行完毕后或未定义PreStop Hook的情况下，kubelet 会遍历 Pod 中 container， 然后调用 cri 接口中 StopContainer 方法对 Pod 中的所有 container 进行优雅关停，向 dockerd 发送 stop -t 指令，用 SIGTERM 信号以通知容器内应用进程开始优雅停止。
    • 等待容器内应用进程完全停止，如果容器在 gracePeriod 执行时间内还未完全停止，就发送 SIGKILL 信号强制杀死应用进程（容器运行时处理）。

（3）SIGKILL信号与资源清理：如果容器在宽限期后仍在运行，容器运行时会发送 SIGKILL 信号强制终止容器，并随后清理 Pod 的资源（容器运行时处理）。

注意：Kubelet 调用 cri 接口中 StopContainer 方法时，向 dockerd 发送 stop -t 指令时会带着优雅关停容器的宽限时间 gracePeriod，gracePeriod 取值分多个情况，默认是 terminationGracePeriodSeconds[30秒] - 容器执行 preStop 时间，具体详情见下文源码分析部分。

1.2 为什么要进行Pod优雅关闭

进行Pod优雅关闭的重要性主要体现在以下几个方面：

  1. 避免服务中断：通过优雅关闭，Pod可以在终止前完成当前正在处理的请求，确保服务不会因为Pod的突然终止而中断。

  2. 确保数据一致性：优雅关闭允许Pod在终止前通过PreStop Hook完成必要的数据持久化或事务处理，从而确保数据的一致性。

  3. 最小化用户体验影响：通过优雅关闭，可以避免将流量路由到已经被删除的Pod，减少用户请求处理失败的可能性。在滚动更新或扩展Pod时，优雅关闭能够确保服务的平滑过渡，对用户来说几乎是无感知的。

  4. 合理利用资源：优雅关闭允许Pod在终止前释放占用的资源，避免资源浪费和泄露，提高资源的利用率。

总的来说，Pod优雅关闭是Kubernetes中一个重要的功能，它结合了PreStop Hook和宽限期等机制，确保Pod在终止前能够优雅地完成必要的清理工作，从而保持服务的稳定性和可用性、确保数据一致性、提升用户体验和合理利用资源。在进行Pod管理时，应该充分了解和利用Pod优雅关闭的功能。

2、Kubernetes Pod删除原理

Kubernetes (k8s) 中的 Pod 可能因多种原因被删除。以下是一些常见原因：

  1. 手动删除：用户使用 kubectl delete pod 命令手动删除 Pod。

  2. 控制器策略：Deployment、ReplicaSet 或 DaemonSet 等控制器根据其策略调整副本数，例如缩减副本数时会删除多余的 Pod；Job 和 CronJob 完成后删除其创建的 Pod。

  3. 节点故障：如果节点失效，节点上的 Pod 会被 Kubernetes 控制平面标记为失效并在其他节点上重新调度。

  4. 资源限制：当节点资源不足时，Kubernetes 可能会根据优先级和资源限制（如资源配额和调度策略）来删除一些 Pod。

  5. 健康检查失败：Pod 的 liveness 或 readiness 探针连续失败，Kubernetes 会认为 Pod 不健康并删除或重启它。

  6. 优先级抢占：如果有更高优先级的 Pod 需要资源，Kubernetes 可能会删除较低优先级的 Pod 以释放资源。

  7. 调度器策略：Kubernetes 调度器可能会根据调度策略（如 NodeAffinity、PodAffinity 等）重新分配 Pod，从而删除旧的 Pod。

  8. 更新策略：Deployment 或 StatefulSet 进行滚动更新时，旧的 Pod 会被删除并替换为新的 Pod。

  9. 节点自动缩放：当使用集群自动缩放器时，如果集群缩小（移除节点），部分 Pod 会被删除。

但是不管是何种原因删除Pod（用户手动删除或控制器自动删除），在Pod的删除过程中，都会同时会存在两条并行的时间线，如下图所示：

  1. 一条时间线是网络规则的更新过程。
  2. 另一条时间线是 Pod 的删除过程。

由上面流程图可知，在 Pod 删除过程中，存在两条并行的时间线，这两条时间线谁先执行完毕是不确定的。如果 Pod 内的容器已经删除，但网络层面的 Endpoint 资源仍包含该 Pod 的 IP，客户端请求可能会被路由到已删除的 Pod，导致请求处理失败；或者请求未处理完时，Pod 内的容器已经被删除，这样也会导致请求处理失败。以下是一个工作负载滚动升级的示例，说明如果不为 Pod 配置合理的优雅退出机制，会出现什么问题。

工作负载滚动升级问题示例

  1. 请求路由错误：旧 Pod 删除但仍在 Endpoint 资源中，导致请求被路由到已删除的 Pod，返回以下错误：

    • 502 Bad Gateway：负载均衡器或反向代理无法正确路由请求。

  2. 数据丢失或不一致：旧 Pod 未将正在处理的请求处理完成的情况下被删除，如果该请求不是幂等性的，则可能导致以下错误：

    • 500 Internal Server Error：服务器内部错误，无法完成请求。
    • 404 Not Found：如果数据未正确保存或更新，可能找不到预期的资源。

注意 1：本文假设删除Pod都有关联的svc资源，客户端都是通过svc访问Pod。

注意 2：HTTP 404错误通常表示服务器无法找到请求的资源。这可能是因为资源已被删除、移动或从未存在过。在数据丢失或不一致的场景中，404错误可能是一个间接的结果。例如，如果Pod在删除之前正在处理一个应该创建新资源的请求（如数据库记录或文件），但由于Pod的删除，该资源可能没有被正确创建。稍后的请求试图访问该资源时，可能会收到404错误，因为资源不存在。

2.1 原理分析

一切都从 TerminationGracePeriodSeconds 开始说起，我们回顾下 k8s 关闭 Pod 的流程过程。

网络层面：

  1. Pod 被删除，状态置为 Terminating。
  2. Endpoint Controller 将该 Pod 的 ip 从 Endpoint 对象中删除。
  3. Kube-proxy 根据 Endpoint 对象的改变更新 iptables/ipvs 规则，不再将流量路由到被删除的 Pod。
  4. 如果还有其他 Gateway 依赖 Endpoint 资源变化的，也会改变自己的配置（比如 Nginx Ingress Controller）。

注意： 默认 Ingres nginx.ingress.kubernetes.io/service-upstream 注解值为false，Nginx Ingress Controller 代理服务时，借助Endpoint代理代理上游服务到 PodIp。

Pod 层面：

  1. Pod 被删除，状态置为 Terminating。
  2. Kubelet 捕获到 ApiServer 中 Pod 状态变化，执行 syncPod 动作。
  3. 如果 Pod 配置了 preStop Hook ，将会执行。
  4. kubelet 对 Pod 中各个 container 发送调用 cri 接口中 StopContainer 方法，向 dockerd 发送 stop -t 指令，用 SIGTERM 信号以通知容器内应用进程开始优雅停止。
  5. 等待容器内应用进程完全停止，如果容器在 gracePeriod 执行时间内还未完全停止，就发送 SIGKILL 信号强制杀死应用进程（容器运行时处理）。
  6. 所有容器进程终止，清理 Pod 资源。

注意： 默认 Ingres nginx.ingress.kubernetes.io/service-upstream 注解值为false，Nginx Ingress Controller 代理服务时，借助Endpoint代理代理上游服务到 PodIp。

我们重点关注下几个信号：K8S_EVENT, SIGTERM, SIGKILL

  • K8S_EVENT: SyncPodKill，kubelet 监听到了 apiServer 关闭 Pod 事件，经过一些处理动作后，向内部发出了一个 syncPod 动作，完成当前真实 Pod 状态的改变。
  • SIGTERM: 用于终止程序，也称为软终止，因为接收 SIGTERM 信号的进程可以选择忽略它（容器运行时处理）。
  • SIGKILL: 用于立即终止，也称为硬终止，这个信号不能被忽略或阻止。这是杀死进程的野蛮方式，只能作为最后的手段（容器运行时处理）。

注意：信号详解可以参加《Docker容器优雅退出》这篇博文。

了解信号的解释以后，再通过代码讲解下 Kubelet 关闭 Pod 流程（包含 preStop 和 GracefulStop）：

Kubernetes 源码（1.21.5版本）：

pkg/kubelet/types/pod_update.go：

复制代码 
// SyncPodType classifies pod updates, eg: create, update.
type SyncPodType int

const (
	// SyncPodSync is when the pod is synced to ensure desired state
	SyncPodSync SyncPodType = iota
	// SyncPodUpdate is when the pod is updated from source
	SyncPodUpdate
	// SyncPodCreate is when the pod is created from source
	SyncPodCreate
	// SyncPodKill is when the pod is killed based on a trigger internal to the kubelet for eviction.
	// If a SyncPodKill request is made to pod workers, the request is never dropped, and will always be processed.
	SyncPodKill
)

pkg/kubelet/kubelet.go：

如果是删除Pod事件（SyncPodKill）将执行删除Pod逻辑（killPod）。注意看Kubelet调用删除Pod逻辑方法传了一个参数PodTerminationGracePeriodSecondsOverride，它是 Kubelet 的一个配置参数，用于覆盖所有 Pod 的终止宽限时间（grace period）。具体来说，这个参数会设置一个全局的宽限时间值，该值会覆盖所有 Pod 自定义的 terminationGracePeriodSeconds 值。

  • 默认情况下，PodTerminationGracePeriodSecondsOverride 是未设置的（即值为 nil 或未定义）。在这种情况下，Kubelet 会使用每个 Pod 自己定义的 terminationGracePeriodSeconds 值，默认值为 30 秒。
  • 如果设置了这个参数，Kubelet 会使用此值作为所有 Pod 的终止宽限时间，而不再使用各个 Pod 自定义的 terminationGracePeriodSeconds。这意味着所有 Pod 都会在这个指定的时间内尝试完成终止操作，在时间结束后，Kubelet 会强制终止 Pod。
复制代码 
func (kl *Kubelet) syncPod(o syncPodOptions) error {
	......

	// if we want to kill a pod, do it now!
	if updateType == kubetypes.SyncPodKill {
		killPodOptions := o.killPodOptions
		if killPodOptions == nil || killPodOptions.PodStatusFunc == nil {
			return fmt.Errorf("kill pod options are required if update type is kill")
		}
		apiPodStatus := killPodOptions.PodStatusFunc(pod, podStatus)
		// 修改 Pod 的状态
		kl.statusManager.SetPodStatus(pod, apiPodStatus)
		// 这里事件类型是关闭 Pod，这里开始执行 Pod 的关闭过程，至此 SyncPodKill 信号的作用结束
		if err := kl.killPod(pod, nil, podStatus, killPodOptions.PodTerminationGracePeriodSecondsOverride); err != nil {
			kl.recorder.Eventf(pod, v1.EventTypeWarning, events.FailedToKillPod, "error killing pod: %v", err)
			// there was an error killing the pod, so we return that error directly
			utilruntime.HandleError(err)
			return err
		}
		return nil
	}
         ........
}

pkg/kubelet/kubelet_pods.go：

复制代码 
// One of the following arguments must be non-nil: runningPod, status.
func (kl *Kubelet) killPod(pod *v1.Pod, runningPod *kubecontainer.Pod, status *kubecontainer.PodStatus, gracePeriodOverride *int64) error {
	......
	// Call the container runtime KillPod method which stops all running containers of the pod
	if err := kl.containerRuntime.KillPod(pod, p, gracePeriodOverride); err != nil {
		return err
	}
	.......
}

pkg/kubelet/kuberuntime/kuberuntime_manager.go:

复制代码 
func (m *kubeGenericRuntimeManager) KillPod(pod *v1.Pod, runningPod kubecontainer.Pod, gracePeriodOverride *int64) error {
	err := m.killPodWithSyncResult(pod, runningPod, gracePeriodOverride)
	return err.Error()
}

func (m *kubeGenericRuntimeManager) killPodWithSyncResult(pod *v1.Pod, runningPod kubecontainer.Pod, gracePeriodOverride *int64) (result kubecontainer.PodSyncResult) {
	killContainerResults := m.killContainersWithSyncResult(pod, runningPod, gracePeriodOverride)
	for _, containerResult := range killContainerResults {
		result.AddSyncResult(containerResult)
	}

	......
}

pkg/kubelet/kuberuntime/kuberuntime_container.go:

使用协程清理Pod里面所有的容器。

复制代码 
// killContainersWithSyncResult kills all pod's containers with sync results.
func (m *kubeGenericRuntimeManager) killContainersWithSyncResult(pod *v1.Pod, runningPod kubecontainer.Pod, gracePeriodOverride *int64) (syncResults []*kubecontainer.SyncResult) {
	containerResults := make(chan *kubecontainer.SyncResult, len(runningPod.Containers))
	wg := sync.WaitGroup{}

	wg.Add(len(runningPod.Containers))
	for _, container := range runningPod.Containers {
		go func(container *kubecontainer.Container) {
			......
			if err := m.killContainer(pod, container.ID, container.Name, "", reasonUnknown, gracePeriodOverride); 
                        ......
	}
	wg.Wait()
	close(containerResults)

	for containerResult := range containerResults {
		syncResults = append(syncResults, containerResult)
	}
	return
}

pkg/kubelet/kuberuntime/kuberuntime_container.go:

Kubelet 进行 Pod 中容器的关停，这个方法比较关键，这里重点讲解下：

（1）计算容器优雅关闭宽限时间

  1. 默认设置容器最小优雅关停宽限时间等于2秒。
  2. 如果 podDeletionGracePeriodSeconds 不是 nil，即 Pod 是被 Apiserver 删除的，那么 gracePeriod 直接取值，优先使用调用 Apiserver 删除Pod时指定的值作为优雅关闭Pod宽限时间，比如kubectl delete pod my-pod --grace-period=60。
  3. 如果 pod Spec.TerminationGracePeriodSeconds 不是 nil，gracePeriod 取值分为以下三种情况：
  • 使用Pod规格配置文件中的定义的terminationGracePeriodSeconds的值，gracePeriod 默认值30秒；
  • 如果删除的原因是执行失败 startupProbe，gracePeriod 取启动探针TerminationGracePeriodSeconds值（启用探针宽限时间特性）；
  • 如果删除的原因是执行失败 livenessProbe，gracePeriod 取存活探针TerminationGracePeriodSeconds值（启用探针宽限时间特性）；

（2）如果容器配置了 lifecycle preStop ，执行 container 中 lifecycle preStop 设置的动作或命令，并计算容器执行 lifecycle preStop 的时间。

（3）容器宽限时间 gracePeriod = gracePeriod - 容器执行 lifecycle preStop 的时间。

（4）如果容器执行完 lifecycle preStop 后的宽限时间 < minimumGracePeriodInSeconds（2秒）的话，gracePeriod = minimumGracePeriodInSeconds。

（5）如果kubelet全局配置不为空，所有容器退出宽限时间使用kubelet PodTerminationGracePeriodSecondsOverride配置参数值。

（6）调用 CRI 接口，调用容器云运行时 /container/{containerID}/stop 接口用于关停容器，容器优雅停止的 gracePeriod 值，为上面计算的 gracePeriod。

复制代码 
// killContainer kills a container through the following steps:
// * Run the pre-stop lifecycle hooks (if applicable).
// * Stop the container.
func (m *kubeGenericRuntimeManager) killContainer(pod *v1.Pod, containerID kubecontainer.ContainerID, containerName string, message string, reason containerKillReason, gracePeriodOverride *int64) error {
	var containerSpec *v1.Container
	if pod != nil {
		if containerSpec = kubecontainer.GetContainerSpec(pod, containerName); containerSpec == nil {
			return fmt.Errorf("failed to get containerSpec %q (id=%q) in pod %q when killing container for reason %q",
				containerName, containerID.String(), format.Pod(pod), message)
		}
	} else {
		// Restore necessary information if one of the specs is nil.
		restoredPod, restoredContainer, err := m.restoreSpecsFromContainerLabels(containerID)
		if err != nil {
			return err
		}
		pod, containerSpec = restoredPod, restoredContainer
	}

	// 最小优雅关闭Pod周期是2秒
	gracePeriod := int64(minimumGracePeriodInSeconds)
	switch {
	case pod.DeletionGracePeriodSeconds != nil:
		// 优先使用删除Pod时指定的值作为优雅关闭Pod宽限时间，比如kubectl delete pod my-pod --grace-period=60
		gracePeriod = *pod.DeletionGracePeriodSeconds
	case pod.Spec.TerminationGracePeriodSeconds != nil:
		// 使用Pod规格配置文件中的定义的terminationGracePeriodSeconds的值，默认30秒
		gracePeriod = *pod.Spec.TerminationGracePeriodSeconds

		// 如果启用探针宽限时间特性的话，宽限时间使用探针宽限时间
		if utilfeature.DefaultFeatureGate.Enabled(features.ProbeTerminationGracePeriod) {
			switch reason {

			case reasonStartupProbe:
				if containerSpec.StartupProbe != nil && containerSpec.StartupProbe.TerminationGracePeriodSeconds != nil {
					gracePeriod = *containerSpec.StartupProbe.TerminationGracePeriodSeconds
				}
			case reasonLivenessProbe:
				if containerSpec.LivenessProbe != nil && containerSpec.LivenessProbe.TerminationGracePeriodSeconds != nil {
					gracePeriod = *containerSpec.LivenessProbe.TerminationGracePeriodSeconds
				}
			}
		}
	}

	if len(message) == 0 {
		message = fmt.Sprintf("Stopping container %s", containerSpec.Name)
	}
	m.recordContainerEvent(pod, containerSpec, containerID.ID, v1.EventTypeNormal, events.KillingContainer, message)

	// 	空壳函数，没有实际作用，估计是为了以后的扩展用的
	// Run internal pre-stop lifecycle hook
	if err := m.internalLifecycle.PreStopContainer(containerID.ID); err != nil {
		return err
	}

	// 这里真正执行 container 中 lifecycle preStop 设置的动作或命令
	// Run the pre-stop lifecycle hooks if applicable and if there is enough time to run it
	if containerSpec.Lifecycle != nil && containerSpec.Lifecycle.PreStop != nil && gracePeriod > 0 {
		gracePeriod = gracePeriod - m.executePreStopHook(pod, containerID, containerSpec, gracePeriod)
	}
	// 宽限时间不够的话再多给2秒
	// always give containers a minimal shutdown window to avoid unnecessary SIGKILLs
	if gracePeriod < minimumGracePeriodInSeconds {
		gracePeriod = minimumGracePeriodInSeconds
	}
	// 如果kubelet全局配置不为空，所有容器退出宽限时间使用kubelet PodTerminationGracePeriodSecondsOverride配置参数值
	if gracePeriodOverride != nil {
		gracePeriod = *gracePeriodOverride
		klog.V(3).InfoS("Killing container with a grace period override", "pod", klog.KObj(pod), "podUID", pod.UID,
			"containerName", containerName, "containerID", containerID.String(), "gracePeriod", gracePeriod)
	}

	klog.V(2).InfoS("Killing container with a grace period override", "pod", klog.KObj(pod), "podUID", pod.UID,
		"containerName", containerName, "containerID", containerID.String(), "gracePeriod", gracePeriod)

	// 调用 CRI 接口，调用容器云运行时 /container/{containerID}/stop 接口用于关停容器，容器优雅停止的 gracePeriod 值，为上面计算的 gracePeriod
	err := m.runtimeService.StopContainer(containerID.ID, gracePeriod)
	if err != nil {
		klog.ErrorS(err, "Container termination failed with gracePeriod", "pod", klog.KObj(pod), "podUID", pod.UID,
			"containerName", containerName, "containerID", containerID.String(), "gracePeriod", gracePeriod)
	} else {
		klog.V(3).InfoS("Container exited normally", "pod", klog.KObj(pod), "podUID", pod.UID,
			"containerName", containerName, "containerID", containerID.String())
	}

	return err
}

// 计算容器执行preStopHook时间
// executePreStopHook runs the pre-stop lifecycle hooks if applicable and returns the duration it takes.
func (m *kubeGenericRuntimeManager) executePreStopHook(pod *v1.Pod, containerID kubecontainer.ContainerID, containerSpec *v1.Container, gracePeriod int64) int64 {
	klog.V(3).InfoS("Running preStop hook", "pod", klog.KObj(pod), "podUID", pod.UID, "containerName", containerSpec.Name, "containerID", containerID.String())

	start := metav1.Now()
	done := make(chan struct{})
	go func() {
		defer close(done)
		defer utilruntime.HandleCrash()
		if msg, err := m.runner.Run(containerID, pod, containerSpec, containerSpec.Lifecycle.PreStop); err != nil {
			klog.ErrorS(err, "PreStop hook failed", "pod", klog.KObj(pod), "podUID", pod.UID,
				"containerName", containerSpec.Name, "containerID", containerID.String())
			m.recordContainerEvent(pod, containerSpec, containerID.ID, v1.EventTypeWarning, events.FailedPreStopHook, msg)
		}
	}()

	select {
	case <-time.After(time.Duration(gracePeriod) * time.Second):
		klog.V(2).InfoS("PreStop hook not completed in grace period", "pod", klog.KObj(pod), "podUID", pod.UID,
			"containerName", containerSpec.Name, "containerID", containerID.String(), "gracePeriod", gracePeriod)
	case <-done:
		klog.V(3).InfoS("PreStop hook completed", "pod", klog.KObj(pod), "podUID", pod.UID,
			"containerName", containerSpec.Name, "containerID", containerID.String())
	}

	return int64(metav1.Now().Sub(start.Time).Seconds())
}

注意：这里只粘贴和Pod优雅退出相关代码，其他代码直接忽视了。

容器运行时Docker源码：

moby/daemon/stop.go：

复制代码 
// containerStop sends a stop signal, waits, sends a kill signal.
func (daemon *Daemon) containerStop(ctx context.Context, ctr *container.Container, options containertypes.StopOptions) (retErr error) {
	...

	var (
		// 获得配置的 StopSignal 值，一般我们不会做配置，所以这里默认就是 SIGTERM
		stopSignal  = ctr.StopSignal()
		...
	)

	...

	// 1. 发送关闭信号 SIGTERM
	err := daemon.killPossiblyDeadProcess(ctr, stopSignal)
	if err != nil {
		wait = 2 * time.Second
	}

	...

	// 2. 启动一个超时等待器，等待容器关停优雅宽限时间结束（kubelet调用传过来的gracePeriod，一般是terminationGracePeriodSeconds[30秒] - 容器执行 preStop 时间）
	if status := <-ctr.Wait(subCtx, container.WaitConditionNotRunning); status.Err() == nil {
		// container did exit, so ignore any previous errors and return
		return nil
	}

	...

	// 3. 如果在容器优雅退出时间内（如果是kubelet调用CRI接口的话，容器优雅退出时间默认情况下等于terminationGracePeriodSeconds - preStop 执行时间）还未完全停止，就发送 SIGKILL 信号强制杀死应用进程
	if err := daemon.Kill(ctr); err != nil {
		// got a kill error, but give container 2 more seconds to exit just in case
		subCtx, cancel := context.WithTimeout(ctx, 2*time.Second)
		defer cancel()
		status := <-ctr.Wait(subCtx, container.WaitConditionNotRunning)
		if status.Err() != nil {
			logrus.WithError(err).WithField("container", ctr.ID).Errorf("error killing container: %v", status.Err())
			return err
		}
		// container did exit, so ignore previous errors and continue
	}

	return nil
}

通过上面的代码，验证了之前架构图中流程。我们这边可以简单的终结下一些内容：

  1. kubelet 作为观察者监控着 ApiServer 中Pod的变化，调用 syncPod 方法去完成当前 node 内的 Pod 状态更新。（删除 Pod 也算是一种 Pod 的状态更新）
  2. kubelet 不对 Pod 内的 container 应用程序发送任何信号，这个是由 CRI 接口实现体来操作，但是容器的优雅关停的宽限时间是kubelet计算传输的。

2.2 隐形的时间轴

原则公式：T1 = T2 + T3

  • TerminationGracePeriodSeconds(T1 ): 总体容器关闭容忍时间。这个值并不是一个固定参考值，每一个应用对着值的要求也不一样，所以这个值有明确的业务属性。这个值来源优先级如下：
    • 如果kubelet全局配置不为空，所有容器退出宽限时间使用 kubelet PodTerminationGracePeriodSecondsOverride 配置参数值；
    • 如果 podDeletionGracePeriodSeconds 不是 nil，即 Pod 是被 Apiserver 删除的，那么容器关闭容忍时间等于 podDeletionGracePeriodSeconds 值；
    • 如果 K8s 集群开启了探针宽限时间特性的话，那么容器关闭容忍时间优先等于启动探针TerminationGracePeriodSeconds值，其次等于存活探针 TerminationGracePeriodSeconds值；
    • 使用Pod规格配置文件中的定义的terminationGracePeriodSeconds的值，gracePeriod 默认值30秒。
  • Lifecycle PreStop Hook 执行时间(T2 ): 等待应用进程关闭前需要执行动作的执行时间，这个主要是影响 "新建请求" 到业务 Pod，因为在执行 preStop 的时候 k8s 网络层的变更也在执行。
  • Container Graceful Stop 执行时间(T3 ): 等待应用自主关闭已有请求 的连接，同时结束到数据库之类后端数据写入工作，保证数据都落库或者落盘。这个值来源优先级如下：
    • 如果kubelet全局配置不为空，所有容器退出宽限时间使用 kubelet PodTerminationGracePeriodSecondsOverride 配置参数值（T2时间不算入到容器优雅关停时间里面）；
    • T1 - T2（T3 = T1 - T2 ）；
    • 如果 T1 - T2时间 < minimumGracePeriodInSeconds（2秒）的话，T3 = minimumGracePeriodInSeconds。
  • Kubernetes 网络层变更时间(T4)

复杂的逻辑:

  • T4 <= T2，正常，响应码200；
  • T2 < T4 <= T1，如果服务代码里面正确编写了优雅关停逻辑的话，那么正常，响应码200；如果未优雅关停，可能存在未将正在处理的请求处理完成的情况下被删除，响应码可能是404、500;
  • T1 < T4，Bad Gateway，Pod 已经删除了，但是网络层还没有完成变更，导致流量还在往不存在的Pod转发，响应码 502。

2.3 处理方法

心思新密的小伙伴可能逐渐发现，要解决问题，实际就是做一个巧妙的动作调整时间差，满足业务 pod 能够真正的正确的关闭。

知道了原因，知道了逻辑，那顺理成章的就有了解决方案：

  1. 容器应用进程中要有优雅退出代码，能够执行优雅退出；
  2. 增加 preStopHook，能够执行一定时间的 sleep；
  3. 修改 TerminationGracePeriodSeconds，每一个业务根据实际需要修改；

3、示例（通过Lifecycle PreStop Hook来优雅的停掉服务）

有时候我们也想在服务停止前，通过执行一条命令或者发送一个HTTP请求来优雅的停掉服务。

举例：

  • 比如对于Spring boot应用，Spring Boot Actuator提供了服务优雅停止办法，当要停止服务时，可以向服务发送一个post方法的shutdown HTTP请求。
  • 比如对于Nginx服务，当要停止服务时，可以执行命令kill -QUIT Nginx主进程号来停止服务。

下面我们将以Nginx服务来讲解如何使用一条命令来停止服务：

先回顾一下有关Nginx的基础知识：

Nginx是一个多进程服务，master进程和一堆worker进程，master进程只负责校验配置文件语法，创建worker进程，真正的执行、接收客户请求、处理配置文件中指令都是由worker进程来完成的。master进程与worker进程之间主要是通过Linux Signal来实现交互。Nginx提供了大量的命令和处理信号来实现对配置文件的语法检查，服务优雅停止，进程平滑重启、升级等功能，我们这里仅简单介绍与nginx优雅停止相关命令触发的Linux Signal执行过程和执行原理。

nginx 的停止方法有很多，一般通过发送系统信号给 nginx 的master进程的方式来停止 nginx。

3.1 优雅停止 nginx

复制代码 
[root@localhost ~]# nginx -s quit
[root@localhost ~]# kill -QUIT 【Nginx主进程号】
[root@localhost ~]# kill -QUIT /usr/local/nginx/logs/nginx.pid

master进程接到SIGQUIT信号时，将此信号转发给所有工作进程。工作进程随后关闭监听端口以便不再接收新的连接请求，并闭空闲连接，等待活跃连接全部正常结速后，调用 ngx_worker_process_exit 退出。而 master 进程在所有工作进程都退出后，调用 ngx_master_process_exit 函数退出。

注意：以上三个命令中，任选一个执行就可以达到停止 Nginx 服务的目的。推荐使用 nginx -s quit 或 kill -QUIT /usr/local/nginx/logs/nginx.pid，因为它们不需要你手动查找 Nginx 主进程号。

3.2 快速停止 nginx

复制代码 
[root@localhost ~]# nginx -s stop
[root@localhost ~]# kill -TERM 【Nginx主进程号】
[root@localhost ~]# kill -INT 【Nginx主进程号】

TERM信号在Linux系统可以称为优雅的退出信号，INT信号是系统SIGINT信号，Nginx对这两个信号的处理方式有所不同。Nginx用SIGQUIT(3)信号来优雅停止服务。

master进程接收到SIGTERM或者SIGINT信号时，将信号转发给工作进程，工作进程直接调用ngx_worker_process_exit 函数退出。master进程在所有工作进程都退出后，调用 ngx_master_process_exit 函数退出。另外，如果工作进程未能正常退出，master进程会等待1秒后，发送SIGKILL信号强制终止工作进程。

3.3 强制停止所有 nginx 进程

复制代码 
[root@localhost ~]# nginx -s stop
[root@localhost ~]# pkill -9 nginx

直接给所有的nginx进程发送SIGKILL信号。

3.4 使用Lifecycle PreStop Hook来优雅关停 nginx

1) 运行Docker hub官方提供的Nginx镜像。

官方提供的Nginx Dockerfile中提供的默认的启动Nginx命令如下

Dockerfile

复制代码 
...
CMD ["nginx", "-g", "daemon off;"]

上面CMD指定直接在前端启动nginx。

2) Nginx优雅关停Deployment Yaml配置。

复制代码 
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:latest
        ports:
        - containerPort: 80
        lifecycle:
          preStop:
            exec:
              command: ["/usr/sbin/nginx", "-s", "quit"]
      terminationGracePeriodSeconds: 120  # 设置优雅终止的超时时间为 120 秒（2 分钟）

4、总结

通过合理的优雅退出配置 T4 <= T2，即在确保网络层面已经删除了Pod IP的前提下，容器再进行优雅退出，在优雅退出过程中能够继续处理尚未完成的请求，并完成必要的清理工作，如数据保存、连接关闭等。确保Pod在退出时对用户客户端请求是无感知的，同时保证服务的一致性和可靠性。
参考：《详细解读 Kubernetes 中 Pod 优雅退出，帮你解决大问题...》
参考：《K8s Pod优雅关闭，没你想象的那么简单！》

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