2021-05-27发表2024-01-25更新Kubernetes / 深入理解Kubernetes1 小时读完 (大约8300个字)0次访问

Kubernetes-深入理解Pod

基本概念

Pod，不是容器，是 Kubernetes 项目中的最小编排单位。将这个设计落实到 API 对象上，容器（Container）就成了 Pod 属性里的一个普通的字段。

Pod 扮演的是传统部署环境里“虚拟机”的角色。这样的设计，是为了使用户从传统环境（虚拟机环境）向 Kubernetes（容器环境）的迁移，更加平滑。

而如果你能把 Pod 看成传统环境里的“机器”、把容器看作是运行在这个“机器”里的“用户程序”，那么很多关于 Pod 对象的设计就非常容易理解了。

到底哪些属性属于 Pod 对象，而又有哪些属性属于 Container 呢？

凡是调度、网络、存储，以及安全相关的属性，基本上是 Pod 级别的。

跟“机器”相关的属性-Pod

NodeSelector

是一个供用户将 Pod 与 Node 进行绑定的字段，用法如下所示：

apiVersion: v1
kind: Pod
...
spec:
 nodeSelector:
   disktype: ssd

这样的一个配置，意味着这个 Pod 永远只能运行在携带了“disktype: ssd”标签（Label）的节点上；否则，它将调度失败。

NodeName

一旦 Pod 的这个字段被赋值，Kubernetes 项目就会被认为这个 Pod 已经经过了调度，调度的结果就是赋值的节点名字。所以，这个字段一般由调度器负责设置，但用户也可以设置它来“骗过”调度器，当然这个做法一般是在测试或者调试的时候才会用到。

HostAliases

定义了 Pod 的 hosts 文件（比如 /etc/hosts）里的内容，用法如下：

apiVersion: v1
kind: Pod
...
spec:
  hostAliases:
  - ip: "10.1.2.3"
    hostnames:
    - "foo.remote"
    - "bar.remote"
...

在这个 Pod 的 YAML 文件中，设置了一组 IP 和 hostname 的数据。这样，这个 Pod 启动后，/etc/hosts 文件的内容将如下所示：

$ cat /etc/hosts
# Kubernetes-managed hosts file.
127.0.0.1 localhost
...
10.244.135.10 hostaliases-pod

10.1.2.3 foo.remote
10.1.2.3 bar.remote

其中，最下面两行记录，就是我通过 HostAliases 字段为 Pod 设置的。需要指出的是，在 Kubernetes 项目中，如果要设置 hosts 文件里的内容，一定要通过这种方法。否则，如果直接修改了 hosts 文件的话，在 Pod 被删除重建之后，kubelet 会自动覆盖掉被修改的内容。

跟容器的Linux Namespace相关的属性-Pod

除了上述跟“机器”相关的配置外，凡是跟容器的 Linux Namespace 相关的属性，也一定是 Pod 级别的。这个原因也很容易理解：Pod 的设计，就是要让它里面的容器尽可能多地共享 Linux Namespace，仅保留必要的隔离和限制能力。这样，Pod 模拟出的效果，就跟虚拟机里程序间的关系非常类似了。

shareProcessNamespace

举个例子，在下面这个 Pod 的 YAML 文件中，定义了 shareProcessNamespace=true，这就意味着这个 Pod 里的容器要共享 PID Namespace。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
spec:
  shareProcessNamespace: true
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
  - name: shell
    image: busybox
    stdin: true
    tty: true

在这个 YAML 文件中，还定义了两个容器：一个是 nginx 容器，一个是开启了 tty 和 stdin 的 shell 容器。

在 Pod 的 YAML 文件里声明开启tty 和 stdin，其实等同于设置了 docker run 里的 -it（-i 即 stdin，-t 即 tty）参数

关于tty和stdin，可以直接认为 tty 就是 Linux 给用户提供的一个常驻小程序，用于接收用户的标准输入，返回操作系统的标准输出。当然，为了能够在 tty 中输入信息，你还需要同时开启 stdin（标准输入流）。

于是，这个 Pod 被创建后，你就可以使用 shell 容器的 tty 跟这个容器进行交互了

操作一下：

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

使用 kubectl attach 命令，连接到 shell 容器的 tty 上：

$ kubectl attach -it nginx -c shell
If you don't see a command prompt, try pressing enter.
/ # ps ax
PID   USER     TIME  COMMAND
    1 root      0:00 /pause
    7 root      0:00 nginx: master process nginx -g daemon off;
   37 101       0:00 nginx: worker process
   38 root      0:00 sh
   46 root      0:00 ps ax
/ #

可以看到，在这个容器里，我们不仅可以看到它本身的 ps ax 指令，还可以看到 nginx 容器的进程，以及 Infra 容器的 /pause 进程。这就意味着，整个 Pod 里的每个容器的进程，对于所有容器来说都是可见的：它们共享了同一个 PID Namespace。

Network、IPC 和 PID Namespace

类似地，凡是 Pod 中的容器要共享宿主机的 Namespace，也一定是 Pod 级别的定义，比如：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
spec:
  hostNetwork: true
  hostIPC: true
  hostPID: true
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
  - name: shell
    image: busybox
    stdin: true
    tty: true

在这个 Pod 中，定义了共享宿主机的 Network、IPC 和 PID Namespace。这就意味着，这个 Pod 里的所有容器，会直接使用宿主机的网络、直接与宿主机进行 IPC 通信、看到宿主机里正在运行的所有进程。

Pod对容器(Containers)的定义

Init Containers与Containers

这两个字段都属于 Pod 对容器的定义，内容也完全相同，只是 Init Containers 的生命周期，会先于所有的 Containers，并且严格按照定义的顺序执行。

docker相关的属性

Kubernetes 项目中对 Container 的定义，和 Docker 相比并没有什么太大区别。包括 Image（镜像）、Command（启动命令）、workingDir（容器的工作目录）、Ports（容器要开发的端口），以及 volumeMounts（容器要挂载的 Volume）都是构成 Kubernetes 项目中 Container 的主要字段。

ImagePullPolicy

它定义了镜像拉取的策略。而它之所以是一个 Container 级别的属性，是因为容器镜像本来就是 Container 定义中的一部分。它的值定义如下：

Always：即每次创建 Pod 都重新拉取一次镜像。另外，当容器的镜像是类似于 nginx 或者 nginx:latest 这样的名字时，ImagePullPolicy 也会被认为 Always。
Never ： Pod 永远不会主动拉取这个镜像
IfNotPresent：只在宿主机上不存在这个镜像时才拉取。

Lifecycle

它定义的是 Container Lifecycle Hooks。顾名思义，Container Lifecycle Hooks 的作用，是在容器状态发生变化时触发一系列“钩子”。看这样一个例子：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: lifecycle-demo
spec:
  containers:
  - name: lifecycle-demo-container
    image: nginx
    lifecycle:
      postStart:
        exec:
          command: ["/bin/sh", "-c", "echo Hello from the postStart handler > /usr/share/message"]
      preStop:
        exec:
          command: ["/usr/sbin/nginx","-s","quit"]

这是一个来自 Kubernetes 官方文档的 Pod 的 YAML 文件。它其实非常简单，只是定义了一个 nginx 镜像的容器。不过，在这个 YAML 文件的容器（Containers）部分，你会看到这个容器分别设置了一个 postStart 和 preStop 参数。

postStart：它指的是，在容器启动后，立刻执行一个指定的操作。需要明确的是，postStart 定义的操作，虽然是在 Docker 容器 ENTRYPOINT 执行之后，但它并不严格保证顺序。也就是说，在 postStart 启动时，ENTRYPOINT 有可能还没有结束。如果 postStart 执行超时或者错误，Kubernetes 会在该 Pod 的 Events 中报出该容器启动失败的错误信息，导致 Pod 也处于失败的状态。
preStop：指的是容器被杀死之前（比如，收到了 SIGKILL 信号），执行一个指定的操作。而需要明确的是，preStop 操作的执行，是同步的。所以，它会阻塞当前的容器杀死流程，直到这个 Hook 定义操作完成之后，才允许容器被杀死，这跟 postStart 不一样。

在这个例子中，在容器成功启动之后，在 /usr/share/message 里写入了一句“欢迎信息”（即 postStart 定义的操作）。而在这个容器被删除之前，则先调用了 nginx 的退出指令（即 preStop 定义的操作），从而实现了容器的“优雅退出”。

Pod对象在Kubernetes中的生命周期

Pod 生命周期的变化，主要体现在 Pod API 对象的 Status 部分，这是它除了 Metadata 和 Spec 之外的第三个重要字段。其中，pod.status.phase，就是 Pod 的当前状态，它有如下几种可能的情况：

Pending。这个状态意味着，Pod 的 YAML 文件已经提交给了 Kubernetes，API 对象已经被创建并保存在 Etcd 当中。但是，这个 Pod 里有些容器因为某种原因而不能被顺利创建。比如，调度不成功。
Running。这个状态下，Pod 已经调度成功，跟一个具体的节点绑定。它包含的容器都已经创建成功，并且至少有一个正在运行中。
Succeeded。这个状态意味着，Pod 里的所有容器都正常运行完毕，并且已经退出了。这种情况在运行一次性任务时最为常见。
Failed。这个状态下，Pod 里至少有一个容器以不正常的状态（非 0 的返回码）退出。这个状态的出现，意味着你得想办法 Debug 这个容器的应用，比如查看 Pod 的 Events 和日志。
Unknown。这是一个异常状态，意味着 Pod 的状态不能持续地被 kubelet 汇报给 kube-apiserver，这很有可能是主从节点（Master 和 Kubelet）间的通信出现了问题。

更进一步地，Pod 对象的 Status 字段，还可以再细分出一组 Conditions。这些细分状态的值包括：PodScheduled、Ready、Initialized，以及 Unschedulable。它们主要用于描述造成当前 Status 的具体原因是什么。

比如，Pod 当前的 Status 是 Pending，对应的 Condition 是 Unschedulable，这就意味着它的调度出现了问题。

而其中，Ready 这个细分状态非常值得关注：它意味着 Pod 不仅已经正常启动（Running 状态），而且已经可以对外提供服务了。这两者之间（Running 和 Ready）是有区别的。

Pod 的这些状态信息，是我们判断应用运行情况的重要标准，尤其是 Pod 进入了非“Running”状态后，你一定要能迅速做出反应，根据它所代表的异常情况开始跟踪和定位，而不是去手忙脚乱地查阅文档。

Pod的使用

Projected Volume(投射数据卷)

备注：Projected Volume 是 Kubernetes v1.11 之后的新特性

在 Kubernetes 中，有几种特殊的 Volume，它们存在的意义不是为了存放容器里的数据，也不是用来进行容器和宿主机之间的数据交换。这些特殊 Volume 的作用，是为容器提供预先定义好的数据。

所以，从容器的角度来看，这些 Volume 里的信息就是仿佛是被 Kubernetes“投射”（Project）进入容器当中的。这正是 Projected Volume 的含义。

到目前为止，Kubernetes 支持的 Projected Volume 一共有四种：

Secret
ConfigMap
Downward API
ServiceAccountToken(特殊的Secret)

Secret

它的作用，是帮你把 Pod 想要访问的加密数据，存放到 Etcd 中。然后，你就可以通过在 Pod 的容器里挂载 Volume 的方式，访问到这些 Secret 里保存的信息了。

Secret 最典型的使用场景，莫过于存放数据库的 Credential 信息，比如下面这个例子：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: test-projected-volume 
spec:
  containers:
  - name: test-secret-volume
    image: busybox
    args:
    - sleep
    - "86400"
    volumeMounts:
    - name: mysql-cred
      mountPath: "/projected-volume"
      readOnly: true
  volumes:
  - name: mysql-cred
    projected:
      sources:
      - secret:
          name: user
      - secret:
          name: pass

在这个 Pod 中，定义了一个简单的容器。它声明挂载的 Volume，并不是常见的 emptyDir 或者 hostPath 类型，而是 projected 类型。而这个 Volume 的数据来源（sources），则是名为 user 和 pass 的 Secret 对象，分别对应的是数据库的用户名和密码。

这里用到的数据库的用户名、密码，正是以 Secret 对象的方式交给 Kubernetes 保存的。完成这个操作的指令，如下所示：

创建 Secret 对象(两种方式)

使用 kubectl create secret 指令的方式创建

$ cat username.txt
buubiu
$ cat password.txt
Aa1234!

$ kubectl create secret generic user --from-file=username.txt
secret/user created
$ kubectl create secret generic pass --from-file=password.txt
secret/pass created

其中，username.txt 和 password.txt 文件里，存放的就是用户名和密码；而 user 和 pass，则是为 Secret 对象指定的名字。

查看Secret对象：

命令：kubectl get secrets

$ kubectl get secrets
NAME                  TYPE                                  DATA   AGE
pass                  Opaque                                1      42s
user                  Opaque                                1      54s

编写 YAML 文件的方式创建

Secret 对象要求这些数据必须是经过 Base64 转码的，以免出现明文密码的安全隐患，索引提前给user和pass进行base64转码：
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$ echo -n 'buubiu' | base64
YnV1Yml1
$ echo -n 'Aa1234!' | base64
QWExMjM0IQ==
创建YAML文件：
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apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
name: mysecret
type: Opaque
data:
user: YnV1Yml1
pass: QWExMjM0IQ==
执行YAML文件：
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$ kubectl create -f mysecret.yaml
查看Secret对象：

命令：kubectl get secrets
1
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$ kubectl get secrets
NAME TYPE DATA AGE
mysecret Opaque 2 19s
可以看到，通过编写 YAML 文件创建出来的 Secret 对象只有一个。但它的 data 字段，却以 Key-Value 的格式保存了两份 Secret 数据。其中，“user”就是第一份数据的 Key，“pass”是第二份数据的 Key。

这里需要注意的是，像这样创建的 Secret 对象，它里面的内容仅仅是经过了转码，而并没有被加密。在真正的生产环境中，需要在 Kubernetes 中开启 Secret 的加密插件，增强数据的安全性。

创建这个Pod

1	$ kubectl create -f test-projected-volume.yaml

注意：如果是第二种方式创建的secret，那么pod的yaml需要修改一下：

...
volumes:
  - name: mysql-cred
    projected:
      sources:
      - secret:
          name: mysecret

当 Pod 变成 Running 状态之后，我们再验证一下这些 Secret 对象是不是已经在容器里了：

$ kubectl get pods
NAME                    READY   STATUS    RESTARTS   AGE
test-projected-volume   1/1     Running   0          61s

# 以第一种方式创建的时候
$ kubectl exec -it test-projected-volume -- /bin/sh
/ $ ls /projected-volume/
password.txt  username.txt
/ $ cat /projected-volume/username.txt
buubiu
/ $ cat /projected-volume/password.txt
Aa1234!

# 以第二种方式创建的时候
$ kubectl exec -it test-projected-volume -- /bin/sh
/ $ ls /projected-volume/
pass  user
/ $ cat /projected-volume/user
buubiu
/ $ cat /projected-volume/pass
Aa1234!

删除Sceret

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$ kubectl delete secret -f mysecret.yaml
# 或者
$ kubectl delete secret [user/pass]

ConfigMap

它与 Secret 的区别在于，ConfigMap 保存的是不需要加密的、应用所需的配置信息。而 ConfigMap 的用法几乎与 Secret 完全相同：你可以使用 kubectl create configmap 从文件或者目录创建 ConfigMap，也可以直接编写 ConfigMap 对象的 YAML 文件。

比如，一个 Java 应用所需的配置文件（.properties 文件），就可以通过下面这样的方式保存在 ConfigMap 里：

# .properties文件的内容
$ cat example/ui.properties
color.good=purple
color.bad=yellow
allow.textmode=true
how.nice.to.look=fairlyNice

# 从.properties文件创建ConfigMap
$ kubectl create configmap ui-config --from-file=example/ui.properties

# 查看这个ConfigMap里保存的信息(data)
$ kubectl get configmaps ui-config -o yaml
apiVersion: v1
data:
  ui.properties: |
    color.good=purple
    color.bad=yellow
    allow.textmode=true
    how.nice.to.look=fairlyNice
kind: ConfigMap
metadata:
  name: ui-config
  ...

备注：kubectl get -o yaml 这样的参数，会将指定的 Pod API 对象以 YAML 的方式展示出来。

Downward API

它的作用是：让 Pod 里的容器能够直接获取到这个 Pod API 对象本身的信息。

举个例子：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: test-downwardapi-volume
  labels:
    zone: us-est-coast
    cluster: test-cluster1
    rack: rack-22
spec:
  containers:
    - name: client-container
      image: k8s.gcr.io/busybox
      command: ["sh", "-c"]
      args:
      - while true; do
          if [[ -e /etc/podinfo/labels ]]; then
            echo -en '\n\n'; cat /etc/podinfo/labels; fi;
          sleep 5;
        done;
      volumeMounts:
        - name: podinfo
          mountPath: /etc/podinfo
          readOnly: false
  volumes:
    - name: podinfo
      projected:
        sources:
        - downwardAPI:
            items:
              - path: "labels"
                fieldRef:
                  fieldPath: metadata.labels
              - path: "cpu_limit"
                resourceFieldRef:
                  containerName: client-container
                  resource: limits.cpu
                  divisor: 1m

在这个 Pod 的 YAML 文件中，我定义了一个简单的容器，声明了一个 projected 类型的 Volume。只不过这次 Volume 的数据来源，变成了 Downward API。而这个 Downward API Volume，则声明了要暴露 Pod 的 metadata.labels 信息给容器。

通过这样的声明方式，当前 Pod 的 Labels 字段的值，就会被 Kubernetes 自动挂载成为容器里的 /etc/podinfo/labels 文件。

而这个容器的启动命令，则是不断打印出 /etc/podinfo/labels 里的内容。所以，当我创建了这个 Pod 之后，就可以通过 kubectl logs 指令，查看到这些 Labels 字段被打印出来，如下所示：

$ kubectl create -f dapi-volume.yaml
$ kubectl logs test-downwardapi-volume
cluster="test-cluster1"
rack="rack-22"
zone="us-est-coast"

目前，Downward API 支持的字段如下：

使用fieldRef可以声明使用:

字段	备注
spec.nodeName	宿主机名字
status.hostIP	宿主机IP
metadata.name	Pod的名字
metadata.namespace	Pod的Namespace
status.podIP	Pod的IP
spec.serviceAccountName	Pod的Service Account的名字
metadata.uid	Pod的UID
metadata.labels[‘<KEY>‘]	指定<KEY>的Label值
metadata.annotations[‘<KEY>‘]	指定<KEY>的Annotation值
metadata.labels	Pod的所有Label
metadata.annotations	Pod的所有Annotation

使用resourceFieldRef可以声明使用:

字段	备注
limits.cpu	容器的CPU
requests.cpu	容器的CPU
limits.memory	容器的memory
requests.memory	容器的memory

需要注意的是，Downward API 能够获取到的信息，一定是 Pod 里的容器进程启动之前就能够确定下来的信息。而如果你想要获取 Pod 容器运行后才会出现的信息，比如，容器进程的 PID，那就肯定不能使用 Downward API 了，而应该考虑在 Pod 里定义一个 sidecar 容器。

其实，Secret、ConfigMap，以及 Downward API 这三种 Projected Volume 定义的信息，大多还可以通过环境变量的方式出现在容器里。但是，通过环境变量获取这些信息的方式，不具备自动更新的能力。所以，一般情况下，我都建议你使用 Volume 文件的方式获取这些信息。

ServiceAccountToken

Service Account 对象的作用，就是 Kubernetes 系统内置的一种“服务账户”，它是 Kubernetes 进行权限分配的对象。比如，Service Account A，可以只被允许对 Kubernetes API 进行 GET 操作，而 Service Account B，则可以有 Kubernetes API 的所有操作权限。

像这样的 Service Account 的授权信息和文件，实际上保存在它所绑定的一个特殊的 Secret 对象里的。这个特殊的 Secret 对象，就叫作 ServiceAccountToken。任何运行在 Kubernetes 集群上的应用，都必须使用这个 ServiceAccountToken 里保存的授权信息，也就是 Token，才可以合法地访问 API Server。

所以说，Kubernetes 项目的 Projected Volume 其实只有三种，因为第四种 ServiceAccountToken，只是一种特殊的 Secret 而已。

另外，为了方便使用，Kubernetes 已经为你提供了一个默认“服务账户”（default Service Account）。并且，任何一个运行在 Kubernetes 里的 Pod，都可以直接使用这个默认的 Service Account，而无需显示地声明挂载它。

实现原理

通过Projected Volume 机制实现的。

查看一下任意一个运行在 Kubernetes 集群里的 Pod，就会发现，每一个 Pod，都已经自动声明一个类型是 Secret、名为 default-token-xxxx 的 Volume，然后自动挂载在每个容器的一个固定目录上。比如：

$ kubectl describe pod test-projected-volume
Containers:
...
  Mounts:
    /projected-volume from mysql-cred (ro)
    /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount from kube-api-access-l4gjj (ro)
Volumes:
   kube-api-access-l4gjj:
    Type:                    Projected (a volume that contains injected data from multiple sources)
    TokenExpirationSeconds:  3607
    ConfigMapName:           kube-root-ca.crt
    ConfigMapOptional:       <nil>
    DownwardAPI:             true

这个 Secret 类型的 Volume，正是默认 Service Account 对应的 ServiceAccountToken。所以说，Kubernetes 其实在每个 Pod 创建的时候，自动在它的 spec.volumes 部分添加上了默认 ServiceAccountToken 的定义，然后自动给每个容器加上了对应的 volumeMounts 字段。这个过程对于用户来说是完全透明的。

这样，一旦 Pod 创建完成，容器里的应用就可以直接从这个默认 ServiceAccountToken 的挂载目录里访问到授权信息和文件。这个容器内的路径在 Kubernetes 里是固定的，即：/var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount ，而这个 Secret 类型的 Volume 里面的内容如下所示：

1 2	$ ls /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount ca.crt namespace token

所以，应用程序只要直接加载这些授权文件，就可以访问并操作 Kubernetes API 了。而且，如果使用的是 Kubernetes 官方的 Client 包（k8s.io/client-go）的话，它还可以自动加载这个目录下的文件，不需要做任何配置或者编码操作。

这种把 Kubernetes 客户端以容器的方式运行在集群里，然后使用 default Service Account 自动授权的方式，被称作“InClusterConfig”，也是最推荐的进行 Kubernetes API 编程的授权方式。

当然，考虑到自动挂载默认 ServiceAccountToken 的潜在风险，Kubernetes 允许设置默认不为 Pod 里的容器自动挂载这个 Volume。

除了这个默认的 Service Account 外，我们很多时候还需要创建一些我们自己定义的 Service Account，来对应不同的权限设置。这样，我们的 Pod 里的容器就可以通过挂载这些 Service Account 对应的 ServiceAccountToken，来使用这些自定义的授权信息。

容器健康检查和恢复机制

健康检查

livenessProbe

在 Kubernetes 中，可以为 Pod 里的容器定义一个健康检查“探针”（Probe）。这样，kubelet 就会根据这个 Probe 的返回值决定这个容器的状态，而不是直接以容器镜像是否运行（来自 Docker 返回的信息）作为依据。这种机制，是生产环境中保证应用健康存活的重要手段。

看一个 Kubernetes 文档中的例子：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
    test: liveness
  name: test-liveness-exec
spec:
  containers:
  - name: liveness
    image: busybox
    args:
    - /bin/sh
    - -c
    - touch /tmp/healthy; sleep 30; rm -rf /tmp/healthy; sleep 600
    livenessProbe:
      exec:
        command:
        - cat
        - /tmp/healthy
      initialDelaySeconds: 5
      periodSeconds: 5

在这个 Pod 中，定义了一个有趣的容器。它在启动之后做的第一件事，就是在 /tmp 目录下创建了一个 healthy 文件，以此作为自己已经正常运行的标志。而 30 s 过后，它会把这个文件删除掉。

与此同时，定义了一个这样的 livenessProbe（健康检查）。它的类型是 exec，这意味着，它会在容器启动后，在容器里面执行一条我们指定的命令，比如：“cat /tmp/healthy”。这时，如果这个文件存在，这条命令的返回值就是 0，Pod 就会认为这个容器不仅已经启动，而且是健康的。这个健康检查，在容器启动 5 s 后开始执行（initialDelaySeconds: 5），每 5 s 执行一次（periodSeconds: 5）。

现在，来具体实践一下这个过程。

首先，创建这个 Pod：

1 2	$ kubectl create -f test-liveness-exec.yaml pod/test-liveness-exec created

然后，查看这个 Pod 的状态：

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$ kubectl get pod
NAME                READY     STATUS    RESTARTS   AGE
test-liveness-exec   1/1       Running   0          10s

可以看到，由于已经通过了健康检查，这个 Pod 就进入了 Running 状态。

而 30 s 之后，我们再查看一下 Pod 的 Events，会发现，这个 Pod 在 Events 报告了一个异常：

$ kubectl describe pod test-liveness-exec
Events:
  Type     Reason     Age                 From               Message
  ----     ------     ----                ----               -------
  Normal   Scheduled  117s                default-scheduler  Successfully assigned default/test-liveness-exec to node2
  Normal   Pulled     101s                kubelet            Successfully pulled image "busybox" in 15.3033542s
  Warning  Unhealthy  57s (x3 over 67s)   kubelet            Liveness probe failed: cat: can't open '/tmp/healthy': No such file or directory
  Normal   Killing    57s                 kubelet            Container liveness failed liveness probe, will be restarted

显然，这个健康检查探查到 /tmp/healthy 已经不存在了，所以它报告容器是不健康的。

那么接下来会发生什么呢？不妨再次查看一下这个 Pod 的状态：

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$ kubectl get pod test-liveness-exec
NAME           READY     STATUS    RESTARTS   AGE
liveness-exec   1/1       Running   1          1m

这时我们发现，Pod 并没有进入 Failed 状态，而是保持了 Running 状态。这是为什么呢？

其实，如果你注意到 RESTARTS 字段从 0 到 1 的变化，就明白原因了：这个异常的容器已经被 Kubernetes 重启了。在这个过程中，Pod 保持 Running 状态不变。

除了在容器中执行命令外，livenessProbe 也可以定义为发起 HTTP 或者 TCP 请求的方式，定义格式如下：

...
livenessProbe:
	httpGet:
    path: /healthz
    port: 8080
    httpHeaders:
    - name: X-Custom-Header
      value: Awesome
    initialDelaySeconds: 3
    periodSeconds: 3

...
livenessProbe:
  tcpSocket:
    port: 8080
  initialDelaySeconds: 15
  periodSeconds: 20

所以， Pod 其实可以暴露一个健康检查 URL（比如 /healthz），或者直接让健康检查去检测应用的监听端口。这两种配置方法，在 Web 服务类的应用中非常常用。

readinessProbe

在 Kubernetes 的 Pod 中，还有一个叫 readinessProbe 的字段。虽然它的用法与 livenessProbe 类似，但作用却大不一样。readinessProbe 检查结果的成功与否，决定的这个 Pod 是不是能被通过 Service 的方式访问到，而并不影响 Pod 的生命周期。这部分内容，在后面在重点介绍。

恢复机制(restartPolicy)

需要注意的是：Kubernetes 中并没有 Docker 的 Stop 语义。所以虽然是 Restart（重启），但实际却是重新创建了容器。

这个功能就是 Kubernetes 里的 Pod 恢复机制，也叫 restartPolicy。它是 Pod 的 Spec 部分的一个标准字段（pod.spec.restartPolicy），默认值是 Always，即：任何时候这个容器发生了异常，它一定会被重新创建。

但一定要强调的是，Pod 的恢复过程，永远都是发生在当前节点上，而不会跑到别的节点上去。事实上，一旦一个 Pod 与一个节点（Node）绑定，除非这个绑定发生了变化（pod.spec.node 字段被修改），否则它永远都不会离开这个节点。这也就意味着，如果这个宿主机宕机了，这个 Pod 也不会主动迁移到其他节点上去。

而如果你想让 Pod 出现在其他的可用节点上，就必须使用 Deployment 这样的“控制器”来管理 Pod，哪怕你只需要一个 Pod 副本

除了 Always，restartPolicy还有 OnFailure 和 Never 两种情况：

Always：默认；即在任何情况下，只要容器不在运行状态，就自动重启容器；
OnFailure: 只在容器异常时才自动重启容器；
Never: 从来不重启容器。

在实际使用时，我们需要根据应用运行的特性，合理设置这三种恢复策略。

比如，一个 Pod，它只计算 1+1=2，计算完成输出结果后退出，变成 Succeeded 状态。这时，你如果再用 restartPolicy=Always 强制重启这个 Pod 的容器，就没有任何意义了。

而如果你要关心这个容器退出后的上下文环境，比如容器退出后的日志、文件和目录，就需要将 restartPolicy 设置为 Never。因为一旦容器被自动重新创建，这些内容就有可能丢失掉了（被垃圾回收了）。

值得一提的是，Kubernetes 的官方文档，把 restartPolicy 和 Pod 里容器的状态，以及 Pod 状态的对应关系，总结了非常复杂的一大堆情况。实际上，你根本不需要死记硬背这些对应关系，只要记住如下两个基本的设计原理即可：

只要 Pod 的 restartPolicy 指定的策略允许重启异常的容器（比如：Always），那么这个 Pod 就会保持 Running 状态，并进行容器重启。否则，Pod 就会进入 Failed 状态
对于包含多个容器的 Pod，只有它里面所有的容器都进入异常状态后，Pod 才会进入 Failed 状态。在此之前，Pod 都是 Running 状态。此时，Pod 的 READY 字段会显示正常容器的个数，比如：

1
2
3

$ kubectl get pod test-liveness-exec
NAME           READY     STATUS    RESTARTS   AGE
liveness-exec   0/1       Running   1          1m

所以，假如一个 Pod 里只有一个容器，然后这个容器异常退出了。那么，只有当 restartPolicy=Never 时，这个 Pod 才会进入 Failed 状态。而其他情况下，由于 Kubernetes 都可以重启这个容器，所以 Pod 的状态保持 Running 不变。

而如果这个 Pod 有多个容器，仅有一个容器异常退出，它就始终保持 Running 状态，哪怕即使 restartPolicy=Never。只有当所有容器也异常退出之后，这个 Pod 才会进入 Failed 状态。

其他情况，都可以以此类推出来。

Pod预设置(PodPreset)

Pod 的字段这么多，不可能全记住，所以，有个叫作 PodPreset（Pod 预设置）的功能已经出现在了 v1.11 版本的 Kubernetes 中。

举个例子，现在开发人员编写了如下一个 pod.yaml 文件：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: website
  labels:
    app: website
    role: frontend
spec:
  containers:
    - name: website
      image: nginx
      ports:
        - containerPort: 80

这是最简单的 Pod，可是，这种 Pod 在生产环境里根本不能用！

所以，这个时候，运维人员就可以定义一个 PodPreset 对象。在这个对象中，凡是他想在开发人员编写的 Pod 里追加的字段，都可以预先定义好。比如这个 preset.yaml：

apiVersion: settings.k8s.io/v1alpha1
kind: PodPreset
metadata:
  name: allow-database
spec:
  selector:
    matchLabels:
      role: frontend
  env:
    - name: DB_PORT
      value: "6379"
  volumeMounts:
    - mountPath: /cache
      name: cache-volume
  volumes:
    - name: cache-volume
      emptyDir: {}

在这个 PodPreset 的定义中，首先是一个 selector。这就意味着后面这些追加的定义，只会作用于 selector 所定义的、带有“role: frontend”标签的 Pod 对象，这就可以防止“误伤”。

然后，我们定义了一组 Pod 的 Spec 里的标准字段，以及对应的值。比如，env 里定义了 DB_PORT 这个环境变量，volumeMounts 定义了容器 Volume 的挂载目录，volumes 定义了一个 emptyDir 的 Volume。

接下来，我们假定运维人员先创建了这个 PodPreset，然后开发人员才创建 Pod：

1 2	$ kubectl create -f preset.yaml $ kubectl create -f pod.yaml

这时，Pod 运行起来之后，我们查看一下这个 Pod 的 API 对象：

$ kubectl get pod website -o yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: website
  labels:
    app: website
    role: frontend
  annotations:
    podpreset.admission.kubernetes.io/podpreset-allow-database: "resource version"
spec:
  containers:
    - name: website
      image: nginx
      volumeMounts:
        - mountPath: /cache
          name: cache-volume
      ports:
        - containerPort: 80
      env:
        - name: DB_PORT
          value: "6379"
  volumes:
    - name: cache-volume
      emptyDir: {}

这个时候，我们就可以清楚地看到，这个 Pod 里多了新添加的 labels、env、volumes 和 volumeMount 的定义，它们的配置跟 PodPreset 的内容一样。此外，这个 Pod 还被自动加上了一个 annotation 表示这个 Pod 对象被 PodPreset 改动过。

需要说明的是，PodPreset 里定义的内容，只会在 Pod API 对象被创建之前追加在这个对象本身上，而不会影响任何 Pod 的控制器的定义。

比如，现在提交的是一个 nginx-deployment，那么这个 Deployment 对象本身是永远不会被 PodPreset 改变的，被修改的只是这个 Deployment 创建出来的所有 Pod。这一点请务必区分清楚。

如果你定义了同时作用于一个 Pod 对象的多个 PodPreset，Kubernetes 项目会帮你合并（Merge）这两个 PodPreset 要做的修改。而如果它们要做的修改有冲突的话，这些冲突字段就不会被修改。

Kubernetes-深入理解Pod

https://blog.buubiu.com/Kubernetes-深入理解Pod/

作者

buubiu

发布于

2021-05-27

更新于

2024-01-25

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