【K8S系列】Pod详解

序言

任何一件事情，只要坚持六个月以上，你都可以看到质的飞跃。

今天学习一下K8s-Pod相关内容，希望此文，能帮助读者对K8s-pod有一个进一步的了解

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1 前言

Kubernetes（简称k8s）是一个流行的开源容器编排系统，它能够简化应用程序部署、管理和扩展。在Kubernetes中，Pod是最基本的部署单元。

本文将对Kubernetes Pod进行详细介绍。

2 为什么需要pod

相信你在学习和使用 Kubernetes 项目的过程中，已经不止一次地想要问这样一个问题：

为什么我们会需要 Pod？

我们知道，容器的本质是一种特殊的进程，如果映射到系统中，容器镜像就是这个系统里的“.exe”安装包。那么 Kubernetes 呢？Kubernetes 就是操作系统！

在一个真正的操作系统里，进程并不是“孤苦伶仃”地独自运行的，而是以进程组的方式，“有原则地”组织在一起。

而 Kubernetes 项目所做的，其实就是将“进程组”的概念映射到了容器技术中，并使其成为了这个云计算“操作系统”里的“一等公民”。

Pod 是 Kubernetes 里的原子调度单位。这就意味着，Kubernetes 项目的调度器，是统一按照 Pod 而非容器的资源需求进行计算的。

关于 Pod 最重要的一个事实是：它只是一个逻辑概念。

也就是说，Kubernetes 真正处理的，还是宿主机操作系统上 Linux 容器的 Namespace 和 Cgroups，而并不存在一个所谓的 Pod 的边界或者隔离环境。

那么，Pod 又是怎么被“创建”出来的呢？

答案是：Pod，其实是一组共享了某些资源的容器。

具体的说：

Pod 里的所有容器，共享的是同一个 Network Namespace，并且可以声明共享同一个 Volume。

pod的实现：

在 Kubernetes 项目里，Pod 的实现需要使用一个中间容器，这个容器叫作 Infra 容器。在这个 Pod 中，Infra 容器永远都是第一个被创建的容器，

而其他用户定义的容器，则通过 Join Network Namespace 的方式，与 Infra 容器关联在一起。这样的组织关系，叫做pod。可以用下面这样一个示意图来表达：

如上图所示，这个 Pod 里有两个用户容器 A 和 B，还有一个 Infra 容器。

Infra 容器一定要占用极少的资源，所以它使用的是一个非常特殊的镜像，叫作：

k8s.gcr.io/pause

。这个镜像是一个用汇编语言编写的、永远处于“暂停”状态的容器，解压后的大小也只有 100~200 KB 左右。

而在 Infra 容器“Hold 住”Network Namespace 后，用户容器就可以加入到 Infra 容器的 Network Namespace 当中了。

所以，如果你查看这些容器在宿主机上的 Namespace 文件，它们指向的值一定是完全一样的。

这也就意味着，对于 Pod 里的容器 A 和容器 B 来说：

• 通信：它们可以直接使用 localhost 进行通信；
• 网络：它们看到的网络设备跟 Infra 容器看到的完全一样；
• IP地址：一个 Pod 只有一个 IP 地址，也就是这个 Pod 的 Network Namespace 对应的 IP 地址；
• 其他网络资源：其他的所有网络资源，都是一个 Pod 一份，并且被该 Pod 中的所有容器共享；
• 生命周期：Pod 的生命周期只跟 Infra 容器一致，而与容器 A 和 B 无关。

而对于同一个 Pod 里面的所有用户容器来说，它们的进出流量，认为都是通过 Infra 容器完成的。

这一点很重要，因为将来如果你要为 Kubernetes 开发一个网络插件时，应该重点考虑的是如何配置这个 Pod 的 Network Namespace，而不是每一个用户容器如何使用你的网络配置，这是没有意义的。

有了这个设计之后，共享 Volume 就简单多了：Kubernetes 项目只要把所有 Volume 的定义都设计在 Pod 层级即可。

3 什么是Pod？

Pod是Kubernetes中最小的可部署单元，它是一个或多个紧密关联的容器的组合，这些容器共享同一个网络命名空间和存储卷。Pod提供了一个抽象层，它封装了容器在节点上的运行环境，例如存储、网络和运行时环境。

3.1 Pod的组成

Pod由以下组件组成：

• 容器：Pod中可以有一个或多个容器。
• 共享存储：Pod中的所有容器都可以访问共享存储卷。
• 网络：Pod中的所有容器都共享相同的网络命名空间和IP地址。

3.2 Pod的用途

Pod是K8s中最基本的计算单元，用于托管应用程序或服务。Pod可用于：

• 运行单个容器应用程序。
• 运行多个相关容器应用程序。
• 运行应用程序和sidecar容器，sidecar容器提供支持应用程序所需的其他功能，如日志记录、监视和调试。
• 提供应用程序和其依赖项之间的网络通信。
• 提供应用程序和存储之间的访问。

3.3 Pod的生命周期

Pod具有以下生命周期：

• 创建：当Pod定义被提交到K8s API服务器时，Pod被创建。
• 运行：当Pod被调度到节点上时，Pod处于运行状态。
• 更新：可以通过更新Pod的定义来更新Pod中的容器和其他资源。
• 扩展：可以通过创建更多的Pod实例来扩展应用程序。
• 删除：当Pod被删除时，Pod中的容器被停止并且Pod中的资源被释放。

3.4 Pod的特点

Pod具有以下特点：

• Pod是最小的可部署单元，它封装了一个或多个容器。
• Pod提供了容器共享网络和存储的能力。
• Pod具有自己的IP地址和DNS名称，可以作为一个独立的服务进行访问。
• Pod可以水平扩展，即可以通过副本集进行复制并进行负载均衡。
• Pod可以使用亲和性和反亲和性进行节点调度，以满足特定的调度需求。

4 Pod的使用

要创建一个Pod，必须定义一个Pod描述文件，该文件描述了Pod的规范、容器和相关的资源。下面是一个示例Pod描述文件：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx-pod
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:latest
    ports:
    - containerPort: 80

在上面的示例中，我们定义了一个名为nginx-pod的Pod，它包含一个名为nginx的容器，该容器使用最新的nginx镜像，并监听80端口。

要创建该Pod，可以使用kubectl apply命令：

kubectl apply -f nginx-pod.yaml

该命令将会创建一个名为nginx-pod的Pod，并且启动一个nginx容器。

5 结论

Pod是Kubernetes中最基本的部署单元，它封装了一个或多个容器，并提供容器共享网络和存储的能力。

Pod也可以作为一个独立的服务进行访问，并且可以通过副本集进行复制并进行负载均衡。要使用Pod，必须定义一个Pod描述文件，并使用kubectl apply命令创建Pod。