Kubernetes的核心 - Pod

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+title: "Kubernetes的核心 - Pod"
+author: "Li, Caleb Chaoqun"
+date: "2024-08-05"
+description: "在Kubernetes中，pods是能够创建、调度、和管理的最小部署单元，是一组容器的集合，而不是单独的应用容器。同一个Pod里的容器共享同一个网络命名空间，IP地址及端口空间。"
+typora-copy-images-to: ""
+tags:
+  - "K8s"
+  - "Kubernetes"
+  - "运维"
+  - "Pod"
+  - "生命周期"
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+
+# Kubernetes的核心 - Pod
+
+在Kubernetes中，pods是能够创建、调度、和管理的最小部署单元，是一组容器的集合，而不是单独的应用容器。
+
+同一个Pod里的容器共享同一个网络命名空间，IP地址及端口空间。
+
+从生命周期来说，Pod是短暂的而不是长久的应用。Pods被调度到节点，保持在这个节点上直到被销毁。
+
+下面是一个定义Pod的基本要素：
+```yaml
+apiVersion: v1
+kind: Pod
+
+metadata:
+  name: redis-django
+  label: 
+    app: webapp
+
+spec:
+  containers:
+  - name: key-value-store
+    image: redis
+  - name: frontend
+    iamge: django
+```
+
+## Pod的生命周期
+
+Pod的status字段是一个PodStatus对象，PodStatus中有一个phase字段。phase是Pod在其生命周期中的简单宏观概述。
+
+PodStatus对象还包含一个PodCondition。数组的每个元素都有一个type字段和一个status字段。
+type字段是字符串，可能的值有
+- PodScheduled
+- Ready
+- Initialized
+- Unschedulable
+- ContainersReady。
+
+status字段是一个字符串，可能的值有
+- True
+- False
+- Unknown
+
+![Pod生命周期.jpg](./Pod生命周期.jpg)
+
+## 容器的生命周期和重启策略
+
+一旦调度器将Pod分派给某个节点，kubelet就通过runtime为Pod创建容器。要检查Pod中容器的状态，你可以使用`kubectl describe pod <pod 名称>`。
+
+容器的状态有三种：
+- Waiting （等待）
+- Running（运行中）
+- Terminated（已终止）
+
+如果容器中的进程能够在遇到问题或不健康的情况下自行崩溃，kubelet将根据Pod的`restartPolicy`自动执行修复操作。此字段可能取值包括`Always`、`OnFailure`和`Never`，默认值是`Always`。
+
+```yaml
+apiVersion: v1
+kind: Pod
+metadata:
+  name: command-demo
+  labels:
+    purpose: demonstrate-command
+spec:
+  containers:
+  - name: command-demo-container
+    image: debian
+    command: ["printenv"]
+    args: ["HOSTNAME", "KUBERNETES_PORT"]
+  restartPolicy: Always
+```
+
+## 容器
+
+**Infra/PauseContainer：** 基础容器, pod中所有容器的父容器，为其他容器提供共享的命名空间和网络空间
+- 用户不可见，无需感知。
+
+**InitContainers：** 初始化容器，一般用于服务等待处理以及注册Pod信息等。
+- 先于业务容器开始执行；
+- 顺序执行，执行成功退出（exit 0），全部执行成功后开始启动业务容器。
+
+**Containers：** 业务容器。
+- 并行启动，启动成功后一直Running。
+
+```yaml
+apiVersion: v1
+kind: Pod
+
+metadata:
+  name: myapp-pod
+  label:
+    app: myapp
+
+spec:
+  initContainers:
+  - name: init-container
+    image: busybox
+    command: ['sh', '-c', 'until nslookup myservice; do echo waiting for myservice; sleep 2; done;']
+  - name: init-mydb
+    image: busybox
+    command: 
+    - sh
+    - -c
+    - until nslookup mydb; do echo waiting for mydb; sleep 2; done;
+  containers:
+  - name: myapp-container
+    image: busybox
+    command: ['sh', '-c', 'echo The App is Running ... && sleep 3600']
+```
+
+## 启动命令
+
+在创建Pod时，可以为其下的容器设置启动时要执行的命令和参数。
+
+启动命令：
+- `command`: 设置命令，替换镜像中的entrypoint和CMD。
+- `args`: 设置命令的参数，作为entrypoint的入参。
+
+查看结果：
+通过Pod的日志进行查看：`$ kubectl logs command-demo`
+
+## 镜像
+
+Image: 镜像名称可以包含所在仓库的主机名及指定版本的标签。若不指定仓库的主机名和标签，Kubernetes默认使用Docker公共仓库，拉取最新版本镜像（:latest）。
+
+imagePullSecret: 若Pod创建需从私有仓库读取镜像，则可通过配置此字段提供仓库的访问凭证。为保证凭据文件的安全，可事先将其创建为Secret再进行引用。
+
+imagePullPolicy: 镜像拉取策略。
+- IfNotPresent：优先使用本地镜像。
+- Always：每次容器启动时都从镜像库拉取镜像。
+- Never：仅使用本地镜像。
+
+## 外部输入
+
+Pod可以接收外部输入的方式： 环境变量、配置文件和密钥。
+
+env: 环境变量，使用简单，但一但更改容器必须重启。
+    - key-value直接定义。
+    - valueFrom配置文件(ConfigMap)或密钥(Secret)。
+
+volume: 以卷形式挂载到容器内使用，权限可控。
+    配置文件(ConfigMap)或密钥(Secret).
+
+Pod配置文件的部分示例：
+```yaml
+...
+spec:
+  containers:
+    env: 
+    - name: APP_NAME
+      value: test
+    - name: USER_NAME
+      valueFrom:
+        secretKey:
+          key: username
+          name: secret
+    volumeMounts:
+      mountPath: /config
+      name: cfg
+
+  volumes:
+    name: cfg
+    configMap:
+      name: config
+      items:
+      - key: age
+        path: age
+```
+
+## 探针(Probe)
+
+探针（Probe）是由kubelet对容器执行的定期诊断。诊断方式主要有以下三种：
+- ExecAction：在容器内执行指定命令。如果命令退出时返回码为0则认为诊断成功。
+- TCPSocketAction：对指定端口上的容器的IP地址进行TCP检查。如果端口打开，则诊断成功。
+- HTTPGetAction：对指定的端口和路径上的容器的IP地址执行HTTP Get请求。如果响应的状态码大于等于200且小于400，则诊断成功。
+
+Kubelet可以于Pod执行的两种探针类型为：
+- 存活探针（livenessProbe）：指示容器是否正在运行。如果存活探测失败，则kubelet会杀死容器，并且容器将受到其重启策略的影响。
+- 就绪探针（readinessProbe）：指示容器是否准备好服务请求。如果就绪探测失败，Endpoint Controller将从与Pod匹配的所有Service的Endpoints中删除该Pod的IP地址。
+
+用户通过`spec.container.livenessProbe`（或`spec.container.readinessProbe`）字段设置探针。Probes涉及的字段如下：
+- initialDelaySeconds：容器启动后要等待多少秒后存活和就绪探测器才被初始化。默认值为10。
+- periodSeconds：执行探测的时间间隔（单位：秒）。默认值为1。
+- successThreshold：探测器在失败后，被视为成功的最小连续成功数。默认值为1。
+- failureThreshold：当探测失败时，Kubernetes的重试次数。存活探测情况下的放弃就意味着重新启动容器。就绪探测情况下的放弃Pod会被打上未就绪的标签。默认值为3。
+
+探针的示例配置：
+```yaml
+# 存活探针 - 检查文件/tmp/healthy 是否存在 (容器启动5s后开始，每次间隔5s)
+livenessProbe:
+  exec:
+    command: ["cat", "/tmp/healthy"]
+    initialDelaySeconds: 5
+    periodSecond: 5
+
+# 就绪探针 - 检查端口8080是否开放(容器启动后5s开始，每次间隔10s)
+readinessProbe:
+  tcpSocket:
+    port: 8080
+  initialDelaySeconds: 5
+  periodSecond: 10
+
+# 存活探针 - 检查http://lo:8080/healthz的状态码是否在200-399之间
+livenessProbe:
+  httpGet:
+    path: /healthz
+    port: 8080
+    httpHeaders:
+    - name: Custom-Header
+      value: Awesome
+  initialDelaySeconds: 3
+  periodSeconds: 3
+```
+
+## 资源限制 - limit
+
+Kubernetes的资源限制是通过每个容器containerSpec的resources字段进行设置的。
+
+CPU资源：
+- 单位：以CPU为单位，也支持带小数值的使用，如：cpu: “0.5”或cpu:500m。
+- CPU请求（request）：创建容器时预分配的CPU资源。
+- CPU限制（limit）：CPU的资源上限。
+
+内存资源：
+- 单位：以字节（byte）为单位，可表示为纯整数或定点整数：E、P、T、G、M、K或Ei、Pi、Ti、Gi、Mi、Ki。
+- 内存请求（request）：创建容器时预分配的内存资源。
+- 内存限制（limit）：内存的资源上限。
+
+```yaml
+
+spec:
+  containers:
+  - image: nginx
+    name: nginx
+    ports:
+    - containerPort: 80
+    resources:
+      requests:
+        memory: "100Mi"
+        cpu: "250m"
+      limits:
+        memory: "200Mi"
+        cpu: "500m"
+```
+