Kubernetes Deployment故障排除图解指南

TonyBai 2021-01-23

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下面是一个示意图，可帮助你调试Kubernetes Deployment（你可以在此处下载它的PDF版本 https://tonybai.com/wp-content/uploads/k8s-deployment-troubleshooting/troubleshooting-kubernetes.pdf）。

当你希望在Kubernetes中部署应用程序时，你通常会定义三个组件：

•一个Deployment - 这是一份用于创建你的应用程序的Pod副本的"食谱"；•一个Service - 一个内部负载均衡器，用于将流量路由到内部的Pod上；•一个Ingress - 描述如何流量应该如何从集群外部流入到集群内部的你的服务上。

下面让我们用示意图快速总结一下要点。

在Kubernetes中，你的应用程序通过两层负载均衡器暴露服务：内部的和外部的

内部的负载均衡器称为Service，而外部的负载均衡器称为Ingress

Pod不会直接部署。Deployment会负责创建Pod并管理它们

假设你要部署一个简单的"HelloWorld"应用，该应用的YAML文件的内容应该类似下面这样：

// hello-world.yaml


apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-deployment
  labels:
    track: canary
spec:
  selector:
    matchLabels:
      any-name: my-app
  template:
    metadata:
      labels:
        any-name: my-app
    spec:
      containers:
      - name: cont1
        image: learnk8s/app:1.0.0
        ports:
        - containerPort: 8080
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
spec:
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 8080
  selector:
    name: app
---
apiVersion: networking.k8s.io/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: my-ingress
spec:
  rules:
  - http:
    paths:
    - backend:
        serviceName: app
        servicePort: 80
      path: /

这个定义很长，组件之间的相互关系并不容易看出来。

例如：

•什么时候应使用端口80，又是何时应使用端口8080？•你是否应该为每个服务创建一个新端口以免它们相互冲突？•标签(label)名重要吗？它们是否在每一处都应该是一样的？

在进行调试之前，让我们回顾一下这三个组件是如何相互关联的。

让我们从Deployment和Service开始。

一. 连接Deployment和Service

令人惊讶的消息是，Service和Deployment之间根本没有连接。

事实是：Service直接指向Pod，并完全跳过了Deployment。

因此，你应该注意的是Pod和Service之间的相互关系。

你应该记住三件事：

•Service selector应至少与Pod的一个标签匹配；•Service的targetPort应与Pod中容器的containerPort匹配；•Service的port可以是任何数字。多个Service可以使用同一端口号，因为它们被分配了不同的IP地址。

下面的图总结了如何连接端口：

考虑上面被一个服务暴露的Pod

创建Pod时，应为Pod中的每个容器定义containerPort端口

当创建一个Service时，你可以定义port和targetPort，但是哪个用来连接容器呢？

targetPort和containerPort应该始终保持匹配

如果容器暴露3000端口(containerPort)，那么targetPort应该匹配这一个端口号

再来看看YAML，标签和ports/targetPort应该匹配：

// hello-world.yaml


apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-deployment
  labels:
    track: canary
spec:
  selector:
    matchLabels:
      any-name: my-app
  template:
    metadata:
      labels:
        any-name: my-app
    spec:
      containers:
      - name: cont1
        image: learnk8s/app:1.0.0
        ports:
        - containerPort: 8080
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
spec:
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 8080
  selector:
    any-name: my-app

那deployment顶部的track: canary标签呢?

它也应该匹配吗？

该标签属于deployment，service的选择器未使用它来路由流量。

换句话说，你可以安全地删除它或为其分配其他值。

那matchLabels选择器呢？

它必须始终与Pod的标签匹配，并且被Deployment用来跟踪Pod。

假设你已经进行了所有正确的设置，该如何测试它呢？

你可以使用以下命令检查Pod是否具有正确的标签：

$ kubectl get pods --show-labels

或者，如果你拥有属于多个应用程序的Pod：

$ kubectl get pods --selector any-name=my-app --show-labels

any-name=my-app就是标签：any-name: my-app。

还有问题吗？

你也可以连接到Pod！

你可以使用kubectl中的port-forward命令连接到service并测试连接。

$ kubectl port-forward service/<service name> 3000:80

•service/ 是服务的名称- 在上面的YAML中是“my-service”•3000是你希望在计算机上打开的端口•80是service通过port字段暴露的端口

如果可以连接，则说明设置正确。

如果不行，则很可能是你填写了错误的标签或端口不匹配。

二. 连接Service和Ingress

接下来是配置Ingress以将你的应用暴露到集群外部。

Ingress必须知道如何检索服务，然后检索Pod并将流量路由给它们。

Ingress按名字和暴露的端口检索正确的服务。

在Ingress和Service中应该匹配两件事：

•Ingress的servicePort应该匹配service的port；•Ingress的serviceName应该匹配服务的name。

下面的图总结了如何连接端口：

你已经知道servive暴露一个port

Ingress有一个字段叫servicePort

service的port和Ingress的service应该始终保持匹配

如果你为service指定的port是80，那么你也应该将ingress的servicePort改为80

实践中，你应该查看以下几行(下面代码中的my-service和80)：

// hello-world.yaml


apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service   --- 需关注
spec:
  ports:
  - port: 80       --- 需关注
    targetPort: 8080
  selector:
    any-name: my-app
---
apiVersion: networking.k8s.io/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: my-ingress
spec:
  rules:
  - http:
    paths:
    - backend:
        serviceName: my-service --- 需关注
        servicePort: 80 --- 需关注
      path: /

你如何测试Ingress是否正常工作呢？

你可以使用与以前相同的策略kubectl port-forward，但是这次你应该连接到Ingress控制器，而不是连接到Service。

首先，使用以下命令检索Ingress控制器的Pod名称：

$ kubectl get pods --all-namespaces
NAMESPACE   NAME                              READY STATUS
kube-system coredns-5644d7b6d9-jn7cq          1/1   Running
kube-system etcd-minikube                     1/1   Running
kube-system kube-apiserver-minikube           1/1   Running
kube-system kube-controller-manager-minikube  1/1   Running
kube-system kube-proxy-zvf2h                  1/1   Running
kube-system kube-scheduler-minikube           1/1   Running
kube-system nginx-ingress-controller-6fc5bcc  1/1   Running

标识Ingress Pod（可能在其他命名空间中）并描述它以检索端口：

$ kubectl describe pod nginx-ingress-controller-6fc5bcc \
 --namespace kube-system \
 | grep Ports
Ports:         80/TCP, 443/TCP, 18080/TCP

最后，连接到Pod：

$ kubectl port-forward nginx-ingress-controller-6fc5bcc 3000:80 --namespace kube-system

此时，每次你访问计算机上的端口3000时，请求都会转发到Ingress控制器Pod上的端口80。

如果访问http://localhost:3000，则应找到提供网页服务的应用程序。

回顾Port

快速回顾一下哪些端口和标签应该匹配：

•service selector应与Pod的标签匹配•service的targetPort应与Pod中容器的containerPort匹配•service的端口可以是任何数字。多个服务可以使用同一端口，因为它们分配了不同的IP地址。•ingress的servicePort应该匹配service的port•serivce的名称应与ingress中的serviceName字段匹配

知道如何构造YAML定义只是故事的一部分。

出了问题后该怎么办？

Pod可能无法启动，或者正在崩溃。

三. kubernetes deployment故障排除的3个步骤

在深入研究失败的deployment之前，我们必须对Kubernetes的工作原理有一个明确定义的思维模型。

由于每个deployment中都有三个组件，因此你应该自下而上依次调试所有组件。

•你应该先确保Pods正在运行•然后，专注于让service将流量路由到到正确的Pod•然后，检查是否正确配置了Ingress

你应该从底部开始对deployment进行故障排除。首先，检查Pod是否已就绪并正在运行。

如果Pod已就绪，则应调查service是否可以将流量分配给Pod。

最后，你应该检查service与ingress之间的连接。

1. Pod故障排除

在大多数情况下，问题出在Pod本身。

你应该确保Pod正在运行并准备就绪。

该如何检查呢？

$ kubectl get pods
NAME                    READY STATUS            RESTARTS  AGE
app1                    0/1   ImagePullBackOff  0         47h
app2                    0/1   Error             0         47h
app3-76f9fcd46b-xbv4k   1/1   Running           1         47h

在上述会话中，最后一个Pod处于就绪并正常运行的状态；但是，前两个Pod既不处于Running也不是Ready。

你如何调查出了什么问题？

有四个有用的命令可以对Pod进行故障排除：

•kubectl logs 有助于检索Pod容器的日志•kubectl describe pod 检索与Pod相关的事件列表很有用•kubectl get pod 用于提取存储在Kubernetes中的Pod的YAML定义•kubectl exec -ti bash 在Pod的一个容器中运行交互式命令很有用

应该使用哪一个呢？

没有一种万能的。

相反，我们应该结合着使用它们。

常见Pod错误

Pod可能会出现启动和运行时错误。

启动错误包括：

•ImagePullBackoff•ImageInspectError•ErrImagePull•ErrImageNeverPull•RegistryUnavailable•InvalidImageName

运行时错误包括：

•CrashLoopBackOff•RunContainerError•KillContainerError•VerifyNonRootError•RunInitContainerError•CreatePodSandboxError•ConfigPodSandboxError•KillPodSandboxError•SetupNetworkError•TeardownNetworkError

有些错误比其他错误更常见。

以下是最常见的错误列表以及如何修复它们的方法。

ImagePullBackOff

当Kubernetes无法获取到Pod中某个容器的镜像时，将出现此错误。

共有三个可能的原因：

•镜像名称无效-例如，你拼错了名称，或者image不存在•你为image指定了不存在的标签•你尝试检索的image属于一个私有registry，而Kubernetes没有凭据可以访问它

前两种情况可以通过更正image名称和标记来解决。

针对第三种情况，你应该将私有registry的访问凭证通过Secret添加到k8s中并在Pod中引用它。

官方文档中有一个有关如何实现此目标的示例。

CrashLoopBackOff

如果容器无法启动，则Kubernetes将显示错误状态为：CrashLoopBackOff。

通常，在以下情况下容器无法启动：

•应用程序中存在错误，导致无法启动•你未正确配置容器•Liveness探针失败太多次

你应该尝试从该容器中检索日志以调查其失败的原因。

如果由于容器重新启动太快而看不到日志，则可以使用以下命令：

$ kubectl logs <pod-name> --previous

这个命令打印前一个容器的错误消息。

RunContainerError

当容器无法启动时，出现此错误。

甚至在容器内的应用程序启动之前。

该问题通常是由于配置错误，例如：

•挂载不存在的卷，例如ConfigMap或Secrets•将只读卷安装为可读写

你应该使用kubectl describe pod 命令收集和分析错误。

处于Pending状态的Pod

当创建Pod时，该Pod保持Pending状态。

为什么？

假设你的调度程序组件运行良好，可能的原因如下：

•集群没有足够的资源（例如CPU和内存）来运行Pod•当前的命名空间具有ResourceQuota对象，创建Pod将使命名空间超过配额•该Pod绑定到一个处于pending状态的 PersistentVolumeClaim

最好的选择是检查kubectl describe命令输出的“事件”部分内容：

$ kubectl describe pod <pod name>

对于因ResourceQuotas而导致的错误，可以使用以下方法检查集群的日志：

$ kubectl get events --sort-by=.metadata.creationTimestamp

处于未就绪状态的Pod

如果Pod正在运行但未就绪(not ready)，则表示readiness就绪探针失败。

当“就绪”探针失败时，Pod未连接到服务，并且没有流量转发到该实例。

就绪探针失败是应用程序的特定错误，因此你应检查kubectl describe中的“ 事件”部分以识别错误。

2. 服务的故障排除

如果你的Pod正在运行并处于就绪状态，但仍无法收到应用程序的响应，则应检查服务的配置是否正确。

service旨在根据流量的标签将流量路由到Pod。

因此，你应该检查的第一件事是服务关联了多少个Pod。

你可以通过检查服务中的端点(endpoint)来做到这一点：

$ kubectl describe service <service-name> | grep Endpoints

端点是一对，并且在服务（至少）以Pod为目标时，应该至少有一个端点。

如果“端点”部分为空，则有两种解释：

•你没有运行带有正确标签的Pod（提示：你应检查自己是否在正确的命名空间中）•service的selector标签上有错字

如果你看到端点列表，但仍然无法访问你的应用程序，则targetPort可能是你服务中的罪魁祸首。

你如何测试服务？

无论服务类型如何，你都可以使用kubectl port-forward来连接它：

$kubectl port-forward service/<service-name> 3000:80

这里：

• 是服务的名称•3000 是你希望在计算机上打开的端口•80 是服务公开的端口

3.Ingress的故障排除

如果你已到达本节，则：

•Pod正在运行并准备就绪•服务会将流量分配到Pod

但是你仍然看不到应用程序的响应。

这意味着最有可能是Ingress配置错误。

由于正在使用的Ingress控制器是集群中的第三方组件，因此有不同的调试技术，具体取决于Ingress控制器的类型。

但是在深入研究Ingress专用工具之前，你可以用一些简单的方法进行检查。

Ingress使用serviceName和servicePort连接到服务。

你应该检查这些配置是否正确。

你可以通过下面命令检查Ingress配置是否正确：

$kubectl describe ingress <ingress-name>

如果backend一列为空，则配置中必然有一个错误。

如果你可以在“backend”列中看到端点，但是仍然无法访问该应用程序，则可能是以下问题：

•你如何将Ingress暴露于公共互联网•你如何将集群暴露于公共互联网

你可以通过直接连接到Ingress Pod来将基础结构问题与Ingress隔离开。

首先，获取你的Ingress控制器Pod（可以位于其他名称空间中）：

$ kubectl get pods --all-namespaces
NAMESPACE   NAME                              READY STATUS
kube-system coredns-5644d7b6d9-jn7cq          1/1   Running
kube-system etcd-minikube                     1/1   Running
kube-system kube-apiserver-minikube           1/1   Running
kube-system kube-controller-manager-minikube  1/1   Running
kube-system kube-proxy-zvf2h                  1/1   Running
kube-system kube-scheduler-minikube           1/1   Running
kube-system nginx-ingress-controller-6fc5bcc  1/1   Running

描述它以检索端口：

# kubectl describe pod nginx-ingress-controller-6fc5bcc
 --namespace kube-system \
 | grep Ports

最后，连接到Pod：

$ kubectl port-forward nginx-ingress-controller-6fc5bcc 3000:80 --namespace kube-system

此时，每次你访问计算机上的端口3000时，请求都会转发到Pod上的端口80。

现在可以用吗？

•如果可行，则问题出在基础架构中。你应该调查流量如何路由到你的集群。•如果不起作用，则问题出在Ingress控制器中。你应该调试Ingress。

如果仍然无法使Ingress控制器正常工作，则应开始对其进行调试。

目前有许多不同版本的Ingress控制器。

热门选项包括Nginx，HAProxy，Traefik等。

你应该查阅Ingress控制器的文档以查找故障排除指南。

由于Ingress Nginx是最受欢迎的Ingress控制器，因此在下一部分中我们将介绍一些有关调试ingress-nginx的技巧。

调试Ingress Nginx

Ingress-nginx项目有一个Kubectl的官方插件。

你可以用kubectl ingress-nginx来：

•检查日志，后端，证书等。•连接到ingress•检查当前配置

你应该尝试的三个命令是：

•kubectl ingress-nginx lint，它会检查 nginx.conf•kubectl ingress-nginx backend，以检查后端（类似于kubectl describe ingress ）•kubectl ingress-nginx logs，查看日志

请注意，你可能需要为Ingress控制器指定正确的名称空间--namespace 。

四. 总结

如果你不知道从哪里开始，那么在Kubernetes中进行故障排除可能是一项艰巨的任务。

你应该始终牢记从下至上解决问题：从Pod开始，然后通过Service和Ingress向上移动堆栈。

你在本文中了解到的调试技术也可以应用于其他对象，例如：

•failing Job和CronJob•StatefulSets和DaemonSets

本文翻译自learnk8s上的文章A visual guide on troubleshooting Kubernetes deployments。

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