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《云原生-Kubernetes篇》深入剖析Kubernetes中pod的原理

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本文是《云原生-k8s-深入剖析k8s》学习笔记的第二篇,主要解析pod的意义及其使用方法。
pod,是k8s中最小的API对象,是原子调度单位。是超亲密关系容器之间组织和部署的单位。类比地说,pod就是虚拟机,其中的容器就是这个虚拟机里面运行的用户进程。

pod中的所有容器共享network、volume、IP地址,在pod启动的时候,需要先启动一个Infra中间容器,而其它容器都是通过join的方式加入到Infra容器的资源中的。Infra容器是一个用汇编语言编写的,永远处于暂停状态的容器,其唯一的作用就是hold住资源,和pod同生命周期。

initcontainers是一种容器类型,相较于containers类型,前者总是先于后者启动,initcontainers如果有多个,则会按照定义的顺序先后启动,只有当所有的initcontainers都启动成功且退出了,containers用户容器才会启动。

sidecar,是一种容器设计模式,指的是我们可以在一个pod中,启动一个辅助容器来完成一些独立于主容器之外的工作。比如initcontainers容器、Infra容器,都属于sidecar。

在进行上云工作的时候,我们可以把虚拟机类同为一个pod,把里面的进程类同为容器镜像,把有顺序关系的容器,定义为initcontainers。如此才是合理的、松耦合的容器编排诀窍,也是传统应用架构演变到微服务架构最自然的过渡方式。

pod有如下几个重要的属性需要掌握。

  • nodeSelector,是一个供用户将pod和node进行绑定的字段。apiVersion: v1kind: Pod...spec:# 该pod只能被调度到含有"disktye: ssd"标签的节点上,否则就调度失败nodeSelector:disktye: ssd
  • hostAliases,定义了pod中的hosts文件。apiVersion: v1kind: Pod...spec:# /etc/hosts文件的内容将增加如下内容:# 10.1.2.3 foo.remote# bar.remote foo.remote# 这是k8s中唯一设置pod中hosts文件内容的方式hostAliases:-ip:"10.1.2.3"hostnames:-"foo.remote"-"bar.remote"
  • shareProcessNamespace,表示pod中的各个容器共享pid namespace。apiVersion: v1kind: Pod...spec:# pod中的nginx容器和shell容器共享进程空间,可以相互看到pod中所有的进程信息shareProcessNamespace:truecontainers:-name: nginx image: nginx -name: shell image: busybox stdin:truetty:true
  • hostNetwork、hostIPC、hostPID,表示pod中的各个容器共享宿主机的网络、IPC和进程空间资源。apiVersion: v1kind: Pod...spec:# pod中的nginx容器和shell容器共享宿主机的网络hostNetwork:true# pod中的nginx容器和shell容器可以直接和宿主机进行IPC通信hostIPC:true# pod中的nginx容器和shell容器共享宿主机的进程空间,可以看到宿主机里面运行的所有进程信息hostPID:truecontainers:-name: nginx image: nginx -name: shell image: busybox stdin:truetty:true
  • volumes,表示容器需要挂载的数据卷。常用的类型有:- emptyDir,临时空目录,会在宿主机中特定位置建立匿名目录供pod中的多个容器挂载,从而实现数据共享;- hostPath,指定宿主机中的具名挂载路径;
  • containers、initContainers,表示容器的类型。其中initContainers是初始化容器,总是先于用户容器containers运行,并且会按照定义的顺序同步执行。apiVersion: v1kind: Pod...spec:# 初始化容器,仅执行cp命令,执行完成就结束,目的是将war拷贝到tomcat的默认目录下initContainers:-image: liuy/sample:v2 name: war command:["cp","/sample.war","/app"]# 挂载到当前容器的/app目录volumeMounts:-mountPath: /app name: app-volume # 用户容器,等待初始化容器执行完毕后才启动,运行默认目录下的war对外提供服务containers:-image: liuy/tomcat:7.0name: tomcat command:["sh","-c","/root/apache-tomcat-7.0.42-v2/bin/start.sh"]# 挂载到当前容器的/root/apache-tomcat-7.0.42-v2/webapps目录volumeMounts:-mountPath: /root/apache-tomcat-7.0.42-v2/webapps name: app-volume ports:-containerPort:8080hostPort:8001# 该pod挂载的数据卷,类型是宿主机中的匿名存储路径volumes:-name: app-volume emptyDir:{}在containers属性下面,又有如下几个需要重点关注的属性:- image,使用的镜像;- command,启动命令;- workingDir,工作目录;- ports,暴露的容器端口及绑定的宿主机端口;- volumeMounts,挂载数据卷的信息;- imagePullPolicy,镜像拉取策略,通常由always、ifNotPresent、never三个级别;- lifeCycle,生命周期钩子,在容器状态发生改变的时候可以设置触发一些钩子事件; - postStart,容器启动后立即执行指定操作,虽然在ENTRYPOINT之后执行,但不能保证ENTRYPOINT已经执行完毕;- preStop,容器被终结之前执行指定操作,容器的终结会因为这个命令被打断,只有当其执行完毕,容器终结才会继续执行;

pod有如下几个状态需要掌握:

  • pending,pod创建请求已经提交,但是pod中的某些容器因为某种原因不能被顺利创建;
  • running,pod已经成功调度到某个节点,并且其中的容器都已经创建成功,且至少有一个正在运行中;
  • succeeded,pod里面的所有容器都正常运行完毕,并且已经退出了,在运行一次性任务时比较常见;
  • failed,pod里面至少有一个容器以非正常的状态退出;
  • unknown,pod的状态不能被持续地汇报给kube-apiserver,可能是主从节点通信出现了问题;

有几种特殊的volume,它们并不是为了存放容器中的数据,也不是为了进行容器之间或者和宿主机之间进行数据共享,而是为了给容器提供预先定义好的数据。这种数据卷被称为”投射数据卷“,projected volume。

  • secret,存放需要加密的数据;
  • configmap,存放不需要加密的,但是应用需要的配置信息;
  • downward api,让pod里面的容器直接获取到这个api对象的信息;
  • service account,让pod里面可以调用k8s的API来控制集群;

pod可以为其中的容器配置探针(probe),用以监控容器的健康检查,而不是以容器镜像是否运行来作为健康检查的依据,因为会存在很多情况,容器是正常运行的,但是无法对外提供服务了,因此探针的健康检查方式更加准确。k8s一旦检测到容器探针发生异常,就会根据设置好的pod恢复机制进行操作,恢复机制restartPolicy有如下几种:

  • always,任何时候容器不在运行状态,就进行重新创建;
  • onFailure,只在容器异常时才进行重新创建;
  • never,从来不重启容器;

默认情况下pod的恢复机制是always,但并不是所有场景下都是合适的,比如initContainers初始化容器执行任务之后就结束了,就不应该设置为always。

如下文档提供了全量的yaml属性,特别是关于PodSpec的属性可以在3050行看到:api/types.go at master · kubernetes/api · GitHub

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