k8s系列-Pod的生命周期

K8s
中所有的内容都抽象为资源，资源实例化为对象。

集群资源的分类

名称空间级别

• 工作负载型资源( workload
  )：Pod
  、ReplicaSet
  、Deployment
  、StatefulSet
  、DaemonSet、Job
  、 CronJob
  ( ReplicationController
  在 v1.11
  版本被废弃 )
• 服务发现及负载均衡型资源( ServiceDiscovery LoadBalance
  ): Service
  、Ingress
  、...
• 配置与存储型资源： Volume
  ( 存储卷 )、CSI
  ( 容器存储接口,可以扩展各种各样的第三方存储卷 )
• 特殊类型的存储卷：ConfigMap
  ( 当配置中心来使用的资源类型 )、Secret
  (保存敏感数据)、 DownwardAPI
  (把外部环境中的信息输出给容器)

集群级别

一旦定义在集群内都可见。

Namespace
, Node
, Role
, ClusterRole
, RoleBindiing
, ClusterRoleBinding

元数据型

HPA
、PodTemplate
、LimitRange

在k8s
中，一般使用 yaml
格式的文件来创建符合我们预期期望的pod
, 这样的 yaml
文件，我们一般成为 资源清单。

• apiVersion
  :  String
  , K8s Api
  的版本，可以用kubectl api-versions
  命令查询
• kind
  : String
  , yaml
  定义的资源类型和角色
• metadata
  : Object
  , 元数据对象，固定值就写 metadata
  
• name
  : 元数据对象的名称
• namespace
  : 元数据对象的命名空间，有我们自身定义
• spec
  :Object
  详细定义对象，固定值是Spec
  
• 1.Always
  : Pod
  一旦终止运行，则无论容器是否终止， kubelet
  服务都将重启它。
• 2、OnFailure
  : 只有Pod
  以非0
  退出码终止时， kubelet
  才会重启该容器，如果容器正常结束，则不会重启
• 3、Never
  . Pod
  终止后，kubelet
  将退出码报告给Master
  ，不会重启Pod
  .
• name
  : String
  , 这里是定义容器的名字
• image
  : String
  , 这里定义要用到的镜像名称
• imagePullPolicy
  : String
  , 定义镜像拉取策略，有Always
  ,Never
  ,IfNotPresent
  , 三个值。默认是 Always
  .
• command[]
  , List
  , 容器启动命令，因为是数据可以指定多个，不指定则使用镜像打包时使用的启动命令
• args
  : List，
  指定容器启动的命令参数，可以指定多个
• workingDir
  : String
  , 指定容器的工作目录
• volumeMountsp[]
  , List
  : 指定容器内部的存储卷配置
• ports[]
  , List<Object>
  ,指定容器使用的端口列表
• env[]
  :List<Object>
  ,指定容器运行前需要设置的环境变量列表
• resources
  : Object
  , 指定资源限制和资源请求的值
• 1、Always
  : 每次都尝试拉取镜像
• 2、Never
  : 表示仅使用本地镜像
• 3、IfNotPresent
  : 如果本地有镜像就使用本地镜像，没有就拉取在线镜像。
• name
  : String
  , 指定可以挂载的存储卷的名称
• mountPath
  , String
  , 指定可以被容器挂载的存储卷的路径
• readOnly
  , String
  , 设置存储卷路径的读写模型， true
  或者 false
  .
• name
  : String
  , 端口名称
• containerPort
  : String
  , 容器你需要监听的端口号
• hostPort
  : String
  , 指定容器所在主机需要监听的端口号, 默认跟上面 containerPort
  相同， 注意设置了 hostPort
  同一台主机无法启动该容器的相同副本
• protocol
  : String
  , 指定端口协议，支持 TCP
  ,UDP
  , 默认是 TCP
  
• name
  : String
  , 环境变量名称
• value
  : String
  , 环境变量值
• cpu
  : m
  ,  CPU
  请求. 单位为core
  数，容器启动时初始化可用数量
• memory
  : String
  , 内存请求, 单位 MIB
  , Gib
  , 容器启动的初始化可用数量
• cpu
  : String
  , CPU
  的限制, 单位为 core
  数, 将用于 docker run --cpu-shares
  参数。
• memory
  : String
  , Mem
  内存的限制，单位为 MIB
  ,GiB
  
• limits
  : 设置容器运行时的资源的运行上限
• requests
  : Object
  , 指定容器启动和调度时的限制设置
• containers[]
  : list
  类型, 这里是spec
  对象的容器列表定义，是个列表
• restartPolicy
  : String
  , 定义Pod的重启策略, 可选值是 Always
  , OnFailure
  , 默认值是 Always
  .
• nodeSelector
  : Object
  , 定义Node
  的label
  过滤标签，以key
  ,value
  的格式指定。
• imagePullSecrets
  : Object
  , 定义pull
  镜像时使用Secret名称, 以name:secretKey
  格式指定
• hostNetwork
  : Boolean
  , 定义是否使用主机网络，默认值为false
  ,设置为true
  表示使用宿主机网络， 不使用docker
  网桥，同时设置了true
  将无法在同一台宿主机上启动第二个副本。

可以通过下面的命令实时查看 yaml 的配置内容

kubectl explain pod.

案例

通过资源清单创建一个pod.

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
    name: sample-demo
    namespace: default
    labels:
        app: myapp
spec:
    containers:
    -   name: my-app
        image: fangjiaxiaobai/my-app:v1

使用 kubectl create -f 01-sample-yaml.yaml
创建

使用命令 kubectl get pods -o wide
查看下pod
的ip
和 状态:

然后使用  curl 10.244.154.195
可以看到

正常返回了 Nginx
的首页信息。

Pod
的生命周期

如上图, pod
的启动过程是: pod
创建时会首先创建一个 pause
容器. 然后执行创建多个 Init
容器, 然后再启动 主容器，也就是一般我们使用镜像创建起来的具有业务属性的容器，称为主容器。主容器会经历 Start->Running->Stop
,这些状态。

Pause 容器

从名字上看，pause
是一个"暂停"的容器, 它的作用是: 解决pod
的网络和存储的问题。pause
容器称为 Infra Container
, 其他的容器称为业务容器.  Infra container
是一个非常小的镜像，大概 700KB
左右，是一个C
语言写的、永远处于“暂停”状态的容器。由于有了这样一个 Infra container
之后，其他所有容器都会通过 Join Namespace
的方式加入到 Infra container
的 Network Namespace
中。

Init 容器

Pod
能够具有多个容器，应用运行在容器里面，但是它也可能有一个或多个先于应用容器启动的Init
容器。Init
容器与普通的容器非常像，除了如下两点：

• Init
  容器总是运行到成功完成为止
• 每个 Init
  容器都必须在下一个 Init
  容器启动之前成功完成 如果 Pod
  的 Init
  容器失败，Kubernetes
 Pod
  ，直到 Init
  容器成功为止。然而，如果 Pod
  对应的 restartPolicy
  为 Never
  ，它不会重新启动

因为 Init
容器具有与应用程序容器分离的单独镜像，所以它们的启动相关代码具有如下优势：

• 它们可以包含并运行实用工具，但是出于安全考虑，是不建议在应用程序容器镜像中包含这 些实用工具的
• 它们可以包含使用工具和定制化代码来安装，但是不能出现在应用程序镜像中。例如，创建镜像没必要 FROM
  另一个镜像，只需要在安装过程中使用类似 sed
  、 awk
  、 python
  或 dig
  这样的工具。
• 应用程序镜像可以分离出创建和部署的角色，而没有必要联合它们构建一个单独的镜像。
• Init
  容器使用 Linux Namespace
  ，所以相对应用程序容器来说具有不同的文件系统视图。因此，它们能够具有访问 Secret
  的权限，而应用程序容器则不能。
• 它们必须在应用程序容器启动之前运行完成，而应用程序容器是并行运行的，所以 Init
  容器能够提供了一种简单的阻塞或延迟应用容器的启动的方法，直到满足了一组先决条件。

init
小实验。

实验目的: init
容器会依次启动，只有 init
容器启动完成之后， 主容器才会启动.

实验步骤

• 创建 pod
  .
• 查看 pod
  的状态变化
• 查看 pod
  中 initC
  的日志
• 创建 Service-1
  
• 查看 pod
  的状态变化
• 查看 pod
  中 initC
  的日志
• 创建 Service-2
  
• 查看 pod
  的状态变化
• 查看 pod
  中 initC
  的日志
• 查看 pod
  的日志

创建 pod
.

• 02-init-demo.yaml
  

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: init-demo
  labels:
    app: init-app
spec:
  containers:
  - name: my-init-demo
    image: fangjiaxiaobai/my-app:v1
    command: ["sh", "-c", "echo the app is running! && sleep 3600"]
  initContainers:
  - name: init-myservice-1
    image: busybox
    command: ['sh', '-c', "until nslookup my-service-1; do echo 'waiting for my-service-1'; sleep 2; done;"]
  - name: init-myservice-2
    image: busybox
    command: ['sh', '-c', "until nslookup my-service-2; do echo 'waiting for my-service-2'; sleep 2; done;"]

使用命令 kubectl create -f 02-init-demo.yaml
创建 pod
.

新开一个窗口使用 kubectl get pods -w -o wide
命令 查看 pod 的启动变化.

查看查看 pod
中init-c-1
的日志

发现 initC-1
一直在 nslookup
查找 my-service-1
.

创建 Service-1

• 02-init-demo-my-service-01.yaml
  

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service-1
spec:
  ports:
   - protocol: TCP
     port: 80
     targetPort: 8080

使用命令 kubectl create -f 02-init-demo-my-service-01.yaml

查看 pod
中第一个 InitC
的日志

会出现

Server:  10.96.0.10
Address: 10.96.0.10:53

Name: my-service-1.default.svc.cluster.local
Address: 10.108.140.48

然后查看 pod
的状态. 会出现一条：

init-demo   0/1     Init:1/2   0          4m1s   10.244.154.204   k8s-node-01   <none>           <none>

创建 Service-2

• 02-init-demo-my-service-02.yaml
  

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service-2
spec:
  ports:
   - protocol: TCP
     port: 80
     targetPort: 8080

使用命令 kubectl create -f 02-init-demo-my-service-01.yaml

查看 pod
中第二个InitC
的日志直到出现

Server:  10.96.0.10
Address: 10.96.0.10:53

Name: my-service-2.default.svc.cluster.local
Address: 10.107.13.223

然后查看 pod
的状态. 会出现一条：

init-demo   0/1     PodInitializing   0          6m52s   10.244.154.204   k8s-node-01   <none>           <none>

然后就会启动 pod
. 最终出现

init-demo   1/1     Running           0          6m53s   10.244.154.204   k8s-node-01   <none>           <none>

然后查看 pod
的日志,会输出 the app is running.

[root@k8s-master-01 k8s-yamls]# kubectl logs -f init-demo
Defaulted container "my-init-demo" out of: my-init-demo, init-myservice-1 (init), init-myservice-2 (init)
the app is running!

关于init容器的特殊说明

• 在 Pod
  启动过程中， Init
  容器会按顺序在网络和数据卷初始化之后启动。每个容器必须在下一个容器启动之前成功退出
• 如果由于运行时或失败退出，将导致容器启动失败，它会根据 Pod
  的 restartPolicy
  指定的策略 进行重试。然而，如果 Pod
  的 restartPolicy
  设置为 Always
  ，Init
  容器失败时会使用 RestartPolicy
  策略
• 在所有的 Init
  容器没有成功之前，Pod
  将不会变成 Ready
  状态。Init
  容器的端口将不会在 Service
  中进行聚集。正在初始化中的 Pod
  处于 Pending
  状态，但应该会将 Initializing
  状态设置为 true
  
• 如果 Pod
  重启，所有 Init
  容器必须重新执行
• 对 Init
  容器 spec
  的修改被限制在容器 image
  字段，修改其他字段都不会生效。更改 Init
  容器的 image
  字段，等价于重启该 Pod
  
• Init
  容器具有应用容器的所有字段。除了 readinessProbe
  ，因为 Init
  容器无法定义不同于完成 (completion
  ) 的就绪（readiness
  ）之外的其他状态。这会在验证过程中强制执行
• 在 Pod
  中的每个 app
  和 Init
  容器的名称必须唯一；与任何其它容器共享同一个名称，会在验证时抛出错误.

探针检测

探针是由 kubelet
对容器执行的定期诊断。要执行诊断，kubelet
调用由容器实现的 Handler
。有三种类型的处理程序：

• 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，则诊断被认为是成功的。
• 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
  ，则诊断被认为是成功的

每次探测都将获得以下三种结果之一：

• 成功：容器通过了诊断。
• 失败：容器未通过诊断。
• 未知：诊断失败，因此不会采取任何行动

探测的方式

• 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。如果容器不提供存活探针，则默认状态为 Success
  
• readinessProbe
  ：指示容器是否准备好服务请求。如果就绪探测失败，端点控制器将从与 Pod
  匹配的所有 Service
  的端点中删除该 Pod
  的 IP
  地址。初始延迟之前的就绪状态默认为 Failure
  。如果容器不提供就绪探针，则默认状态为 Success
  

Pod Hook

Pod hook
（钩子）是由 Kubernetes
管理的 kubelet
发起的，当容器中的进程启动前或者容器中的进程终止之前运行，这是包含在容器的生命周期之中。可以同时为 Pod
中的所有容器都配置 hook

Hook
的类型包括两种：

• exec
  ：执行一段命令
• HTTP
  ：发送HTTP
  请求

PodSpec
中有一个 restartPolicy
字段，可能的值为 Always
、OnFailure
和 Never
。默认为Always
。restartPolicy
适用于 Pod
中的所有容器。restartPolicy
仅指通过同一节点上的 kubelet
重新启动容器。失败的容器由 kubelet
以五分钟为上限的指数退避延迟（10秒
，20秒
，40秒
...）重新启动，并在成功执行十分钟后重置。如 Pod
文档 中所述，一旦绑定到一个节点，Pod
将永远不会重新绑定到另一个节点。

Pod phase

Pod
的 status
字段是一个 PodStatus
对象，PodStatus
中有一个 phase
字段。PodStatus
的相位（phase
）是 Pod
在其生命周期中的简单宏观概述。该阶段并不是对容器或 Pod
的综合汇总，也不是为了做为综合状态机Pod
相位的数量和含义是严格指定的。除了本文档中列举的状态外，不应该再假定 Pod
有其他的 phase
值

phase的值

• 挂起（Pending
  ）：Pod
  已被 Kubernetes
  系统接受，但有一个或者多个容器镜像尚未创建。等待时间包括调度 Pod
  的时间和通过网络下载镜像的时间，这可能需要花点时间
• 运行中（Running
  ）：该 Pod
  已经绑定到了一个节点上，Pod
  中所有的容器都已被创建。至少有一个容器正在运行，或者正处于启动或重启状态
• 成功（Succeeded
  ）：Pod
  中的所有容器都被成功终止，并且不会再重启
• 失败（Failed
  ）：Pod
  中的所有容器都已终止了，并且至少有一个容器是因为失败终止。也就是说，容器以非 0
  状态退出或者被系统终止
• 未知（Unknown
  ）：因为某些原因无法取得 Pod
  的状态，通常是因为与 Pod
  所在主机通信失败

两个小实验。

Readiness

• 03-readness-demo.yaml
  

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: readness-demo
spec:
  containers:
  - name: readness-demo-container
    image: fangjiaxiaobai/my-app:v1
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    readinessProbe:
      httpGet:
        port: 80
        path: /index.html
      initialDelaySeconds: 1
      periodSeconds: 3

可以看到 readness-demo
正常启动成功，也已经ready
了。

下面删掉 readness-demo
这个pod
, 然后把 path:/index.html
改成 path:/index1.html
如下:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: readness-demo
spec:
  containers:
  - name: readness-demo-container
    image: fangjiaxiaobai/my-app:v1
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    readinessProbe:
      httpGet:
        port: 80
        path: /index1.html
      initialDelaySeconds: 1
      periodSeconds: 3

可以看到 ready: 0/1
, 我们可以查看一下 pod
的详细信息.

Readiness Failed

这时，我们进入容器中, 新建一个 index1.html
页面.

然后查看一下 pod
的状态。

Liveness

• 04-liveness-demo-exec.yaml
  

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: liveness-demo
  namespace: default
spec:
  containers:
  - name: liveness-demo-container
    image: fangjiaxiaobai/my-app:v1
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    command: ['/bin/sh', '-c', 'touch /tmp/live; sleep 20; rm -rf /tmp/live; sleep 3600;']
    livenessProbe:
      exec:
        command: ['test', '-e', '/tmp/live']
      initialDelaySeconds: 1
      periodSeconds: 1

然后查看pod
的状态

• 04-liveness-httpGet-demo.yaml
  

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: liveness-http-get-demo
  namespace: default
spec:
  containers:
  - name: liveness-http-get-container
    image: fangjiaxiaobai/my-app:v1
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    ports:
    - name: http-port
      containerPort: 80
    livenessProbe:
      httpGet:
        port: http-port
        path: /index.html
      initialDelaySeconds: 1
      periodSeconds: 1
      timeoutSeconds: 10

然后，我们删除index.html

kubectl exec liveness-http-get-demo -it -- rm -rf usr/share/nginx/html/index.html

可以发现 pod 进行了重启。如下图(我删除了两次)

启动和停止

在pod的生命周期中, 我们讲完了 pause
, initC
, liveness
, readiness
. 还剩下 Starter
和 Stop
.

这个也比较简单，我通过下面这个实验来演示一下 pod 的启动和停止。

• 05-start-and-stop-demo.yaml
  

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: starter-stop-demo
  namespace: default
spec:
  containers:
  - name: stop-stop-demo-container
    image: fangjiaxiaobai/my-app:v1
    lifecycle:
      postStart:
        exec:
          command: ['/bin/sh', '-c', 'echo Hello from podStart handler > /usr/share/message']
      preStop:
        exec:
          command: ['/bin/sh', '-c', 'echo Bye from podStop handler']

然后查看一下 /usr/share/message
文件内容

当然，删除之后，这个容器我们就进不去了，但是我们知道了通过这种方式可以在 pod
的生命周期的各个阶段中做些操作。

ps: 以上所有 yaml 文件，可以在 https://github.com/fangjiaxiaobai/k8s/tree/main/yamls 中获取。

最后，点个关注，在看，点赞啊~~