K8S之Pod生命周期

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）过程
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

流程图：

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种
运行中（Running）:pod已经被调度到某个节点，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，通常由于网络通信失败导致的

创建和终止
pod的创建过程

1.用户通过kubectl或其他API客户端提交需要创建的pod信息给apiServer

apiServer开始生成pod的对象信息，并且将信息存入到etcd中，然后返回确认信息到客户端。
apiServer开始反应etcd中的pod对象的变化，其他组件使用watch机制来跟踪检查apiServer上的变动
scheduler发现有新的pod对象要创建，开始为Pod分配主机并将结果信息更新到apiServer
node节点上的kubelet发现有pod调度过来，尝试调用docker启动容器，并将结果回送给apiServer
apiServer将接收到的pod状态信息存入etcd中

pod的终止过程
用户向apiServer发送删除pod对象的命令
apiServer中的pod对象信息会随着时间的推移而更更新，在宽限期内（默认30s），pod被视为dead
将pod标记为terminating状态
kubelet 在监控到pod对象转为terminating状态的同时启动pod关闭过程
端点控制器监视到pod对象的关闭行为时将其从所有匹配到的此端点的service资源的端点列表中移除
如果当前pod对象定义了preStop钩子处理器，则在其标记为terminating后即会以同步的方式启动执行
pod对象中的容器进程收到停止信号
宽限期结束后，若pod中还存在仍在运行的进程，那么pod对象会收到立即终止的信号
kubelet 请求apiServer将此pod资源的宽限期设置为0从而完成删除操作，此时pod对于用户已不可见

初始化容器

初始化容器是在pod的主容器启动之前要运行的容器，主要是做一些主容器的前置工作，它具体有两大特征：

初始化容器必须运行完成直至结束，若某初始化容器运行失败，那么kubernetes需要重启它直到成功完成
初始化容器必须按照定义的顺序执行，当且仅当前一个成功之后，后面的一个才能运行

初始化容器有很多的应用场景，下面列出的是最常见的几个：

提供主容器镜像中不具备的工具程序或者自定义的代码
初始化容器要先于应用容器串行启动并运行完成，因为可用于延后应用容器的启动直至其依赖的条件得到满足。

案例演示：

主容器用来运行nginx,但是要求在运行nginx之前必须先能够连接上mysql和redis 所在的服务

创建pod-initcontainer.yaml ,内容如下：

yaml 复制代码

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-initcontainer
  namespace: dev
spec:
  containers:
 - name: main-container
    image: nginx:1.17.1
    ports: 
    - name: nginx-port
      containerPort: 80
  initContainers:
 - name: test-mysql
    image: busybox:1.30
    command: ['sh', '-c', 'until ping 192.168.90.14 -c 1 ; do echo waiting for mysql...; sleep 2; done;']
 - name: test-redis
    image: busybox:1.30
    command: ['sh', '-c', 'until ping 192.168.90.15 -c 1 ; do echo waiting for reids...; sleep 2; done;']

钩子函数

钩子函数能够感知自身生命周期中的事件，并在相应的时刻到来时运行用户指定的程序代码。

kubernetes在主容器的启动之后和停止之前提供了两个钩子函数：

post start: 容器创建之后执行，如果失败了会重启容器
pre stop: 容器终止之前会执行，执行完成之后容器将成功终止，在其完成之前会阻塞删除容器的操作。

钩子处理器支持使用下面的三种方式定义动作：

Exec命令：在容器内执行一次命令

yaml 复制代码

......
  lifecycle:
    postStart: 
      exec:
        command:
        - cat
        - /tmp/healthy
......

TCPSocket: 在当前容器尝试访问指定的socket

yaml 复制代码

......      
  lifecycle:
    postStart:
      tcpSocket:
        port: 8080
......

HTTPGet: 在当前容器中向某url发起http请求

yaml 复制代码

......
  lifecycle:
    postStart:
      httpGet:
        path: / #URI地址
        port: 80 #端口号
        host: 192.168.5.3 #主机地址
        scheme: HTTP #支持的协议，http或者https
......

以exec方式为例子，演示一下钩子函数的使用，创建pod-hook-exec.yaml文件，内容如下：

yaml 复制代码

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-hook-exec
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: main-container
    image: docker.1ms.run/library/nginx:latest
    ports:
    - name: nginx-port
      containerPort: 80
    lifecycle:
      postStart: 
        exec: # 在容器启动的时候执行一个命令，修改掉nginx的默认首页内容
          command: ["/bin/sh", "-c", "echo postStart... > /usr/share/nginx/html/index.html"]
      preStop:
        exec: # 在容器停止之前停止nginx服务
          command: ["/usr/sbin/nginx","-s","quit"]

容器探测

容器探测用于检测容器中的应用实例是否正常工作，是保障业务可用性的一种传统机制。如果经过探测，实例的状态不符合预期，那么kubernetes就会把该问题实例"摘除"，不承担业务流量。kubernetes提供了两种探针来实现容器探测，分别是：

liveness probes: 存活性探针，用于检测应用实例当前是否处于正常运行状态，如果不是，k8s会重启容器
readiness probes: 就绪性探针，用于检测应用实例当前是否可以接收请求，如果不能，k8s不会转发流量

livenessProbe 决定是否重启容器，readinessProbe决定是否将请求转发给容器。上面两种探针目前均支持三种探测方式：

Exec 命令：在容器内执行一次命令，如果命令执行的退出码为0，则认为程序正常，否则不正常

yaml 复制代码

......
  livenessProbe:
    exec:
      command:
      - cat
      - /tmp/healthy
......

TCPSocket :将会尝试访问一个用户容器的端口，如果能够建立这条连接，则认为程序正常，否则不正常

yaml 复制代码

......      
  livenessProbe:
    tcpSocket:
      port: 8080
......

HTTPGet：调用容器内Web应用的URL，如果返回的状态码在200和399之间，则认为程序正常，否则不正常

yaml 复制代码

......
  livenessProbe:
    httpGet:
      path: / #URI地址
      port: 80 #端口号
      host: 127.0.0.1 #主机地址
      scheme: HTTP #支持的协议，http或者https
......

以liveness probes为例子，几个演示demo:

方式一： Exec

创建pod-liveness-exec.yaml

yaml 复制代码

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-liveness-exec
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image:  docker.1ms.run/library/nginx:latest
    ports: 
    - name: nginx-port
      containerPort: 80
    livenessProbe:
      exec:
        command: ["/bin/cat","/tmp/hello.txt"] # 执行一个查看文件的命令

方式二： TCPSocket

创建pod-liveness-tcpsocket.yaml

yaml 复制代码

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-liveness-tcpsocket
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: docker.1ms.run/library/nginx:latest
    ports: 
    - name: nginx-port
      containerPort: 80
    livenessProbe:
      tcpSocket:
        port: 8080 # 尝试访问8080端口

方式三：HTTPGet

创建pod-liveness-httpget.yaml

yaml 复制代码

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-liveness-httpget
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: docker.1ms.run/library/nginx:latest
    ports:
    - name: nginx-port
      containerPort: 80
    livenessProbe:
      httpGet:  # 其实就是访问http://127.0.0.1:80/hello  
        scheme: HTTP #支持的协议，http或者https
        port: 80 #端口号
        path: /hello #URI地址

Pod重启策略

在前面的介绍中，一旦容器的探测出现了问题，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的重启策略分为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: 不论状态如何，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依次为10s、20s、40s、80s、160s和300s，**300s是最大延迟时长。

创建pod-restartpolicy.yaml：

yaml 复制代码

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-restartpolicy
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: docker.1ms.run/library/nginx:latest
    ports:
    - name: nginx-port
      containerPort: 80
    livenessProbe:
      httpGet:
        scheme: HTTP
        port: 80
        path: /hello
  restartPolicy: Never # 设置重启策略为Never