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Kubernetes学习-概念2

article 2024/11/15 11:51:33

参考：关于 cgroup v2 | Kubernetes

关于 cgroup v2

在 Linux 上，控制组约束分配给进程的资源。

kubelet 和底层容器运行时都需要对接 cgroup 来强制执行为 Pod 和容器管理资源，这包括为容器化工作负载配置 CPU/内存请求和限制。

Linux 中有两个 cgroup 版本：cgroup v1 和 cgroup v2。cgroup v2 是新一代的 cgroup API

什么是 cgroup v2？

cgroup v2 是 Linux cgroup API 的下一个版本。cgroup v2 提供了一个具有增强资源管理能力的统一控制系统。

识别 Linux 节点上的 cgroup 版本

stat -fc %T /sys/fs/cgroup/

对于 cgroup v2，输出为 cgroup2fs。

对于 cgroup v1，输出为 tmpfs。

容器运行时接口（CRI）

CRI 是一个插件接口，它使 kubelet 能够使用各种容器运行时，无需重新编译集群组件。

你需要在集群中的每个节点上都有一个可以正常工作的容器运行时，这样 kubelet 能启动 Pod 及其容器。

容器运行时接口（CRI）是 kubelet 和容器运行时之间通信的主要协议。

Kubernetes 容器运行时接口（Container Runtime Interface；CRI）定义了主要 gRPC 协议，用于节点组件 kubelet 和容器运行时之间的通信。

容器

每个运行的容器都是可重复的；包含依赖环境在内的标准，意味着无论你在哪里运行它都会得到相同的行为。

容器将应用程序从底层的主机设施中解耦。这使得在不同的云或 OS 环境中部署更加容易。

Kubernetes 集群中的每个节点都会运行容器，这些容器构成分配给该节点的 Pod。单个 Pod 中的容器会在共同调度下，于同一位置运行在相同的节点上。

容器镜像

容器镜像是一个随时可以运行的软件包，包含运行应用程序所需的一切：代码和它需要的所有运行时、应用程序和系统库，以及一些基本设置的默认值。

容器旨在设计成无状态且不可变的：你不应更改已经运行的容器的代码。如果有一个容器化的应用程序需要修改，正确的流程是：先构建包含更改的新镜像，再基于新构建的镜像重新运行容器。

容器运行时

这个基础组件使 Kubernetes 能够有效运行容器。它负责管理 Kubernetes 环境中容器的执行和生命周期。

Kubernetes 支持许多容器运行环境，例如 containerd、 CRI-O 以及 Kubernetes CRI (容器运行环境接口) 的其他任何实现。

通常，你可以允许集群为一个 Pod 选择其默认的容器运行时。如果你需要在集群中使用多个容器运行时，你可以为一个 Pod 指定 RuntimeClass，以确保 Kubernetes 会使用特定的容器运行时来运行这些容器。

你还可以通过 RuntimeClass，使用相同的容器运行时，但使用不同设定的配置来运行不同的 Pod。

工作负载(workloads)

工作负载是在 Kubernetes 上运行的应用程序。

在 Kubernetes 中，无论你的负载是由单个组件还是由多个一同工作的组件构成，你都可以在一组 Pod 中运行它。在 Kubernetes 中，Pod 代表的是集群上处于运行状态的一组容器的集合。

Kubernetes Pod 遵循预定义的生命周期。例如，当在你的集群中运行了某个 Pod，但是 Pod 所在的节点出现致命错误时，所有该节点上的 Pod 的状态都会变成失败。Kubernetes 将这类失败视为最终状态：即使该节点后来恢复正常运行，你也需要创建新的 Pod 以恢复应用。

为了减轻用户的使用负担，通常不需要用户直接管理每个 Pod。而是使用负载资源来替用户管理一组 Pod。这些负载资源通过配置控制器来确保正确类型的、处于运行状态的 Pod 个数是正确的，与用户所指定的状态相一致。

Kubernetes 提供若干种内置的工作负载资源：

Deployment 和 ReplicaSet （替换原来的资源 ReplicationController）。 Deployment 很适合用来管理你的集群上的无状态应用，Deployment 中的所有 Pod 都是相互等价的，并且在需要的时候被替换。
StatefulSet 让你能够运行一个或者多个以某种方式跟踪应用状态的 Pod。例如，如果你的负载会将数据作持久存储，你可以运行一个 StatefulSet，将每个 Pod 与某个 PersistentVolume 对应起来。你在 StatefulSet 中各个 Pod 内运行的代码可以将数据复制到同一 StatefulSet 中的其它 Pod 中以提高整体的服务可靠性。
DaemonSet 定义提供节点本地支撑设施的 Pod。这些 Pod 可能对于你的集群的运维是非常重要的，例如作为网络链接的辅助工具或者作为网络插件的一部分等等。每次你向集群中添加一个新节点时，如果该节点与某 DaemonSet 的规约匹配，则控制平面会为该 DaemonSet 调度一个 Pod 到该新节点上运行。
Job 和 CronJob。定义一些一直运行到结束并停止的任务。你可以使用 Job 来定义只需要执行一次并且执行后即视为完成的任务。你可以使用 CronJob 来根据某个排期表来多次运行同一个 Job。

Pod

Pod 是可以在 Kubernetes 中创建和管理的、最小的可部署的计算单元。

Pod（就像在鲸鱼荚或者豌豆荚中）是一组（一个或多个）容器；这些容器共享存储、网络、以及怎样运行这些容器的声明。 Pod 中的内容总是并置（colocated）的并且一同调度，在共享的上下文中运行。 Pod 所建模的是特定于应用的 “逻辑主机”，其中包含一个或多个应用容器，这些容器相对紧密地耦合在一起。

什么是 Pod？

为了运行 Pod，你需要提前在每个节点安装好容器运行时。

Pod 的共享上下文包括一组 Linux 名字空间、控制组（cgroup）和可能一些其他的隔离方面，即用来隔离容器的技术。在 Pod 的上下文中，每个独立的应用可能会进一步实施隔离。

Pod 类似于共享名字空间并共享文件系统卷的一组容器。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.14.2
    ports:
    - containerPort: 80

Pod 通常不是直接创建的，而是使用工作负载资源创建的。

用于管理 Pod 的工作负载资源

通常你不需要直接创建 Pod，甚至单实例 Pod。相反，你会使用诸如 Deployment 或 Job 这类工作负载资源来创建 Pod。如果 Pod 需要跟踪状态，可以考虑 StatefulSet 资源。

Kubernetes 集群中的 Pod 主要有两种用法：

运行单个容器的 Pod。"每个 Pod 一个容器" 模型是最常见的 Kubernetes 用例；在这种情况下，可以将 Pod 看作单个容器的包装器，并且 Kubernetes 直接管理 Pod，而不是容器。
运行多个协同工作的容器的 Pod。 Pod 可能封装由多个紧密耦合且需要共享资源的共处容器组成的应用程序。这些位于同一位置的容器可能形成单个内聚的服务单元 —— 一个容器将文件从共享卷提供给公众，而另一个单独的 “边车”（sidecar）容器则刷新或更新这些文件。 Pod 将这些容器和存储资源打包为一个可管理的实体。
将多个并置、同管的容器组织到一个 Pod 中是一种相对高级的使用场景。只有在一些场景中，容器之间紧密关联时你才应该使用这种模式。

每个 Pod 都旨在运行给定应用程序的单个实例。如果希望横向扩展应用程序（例如，运行多个实例以提供更多的资源），则应该使用多个 Pod，每个实例使用一个 Pod。在 Kubernetes 中，这通常被称为副本（Replication）。通常使用一种工作负载资源及其控制器来创建和管理一组 Pod 副本。

Pod 怎样管理多个容器

Pod 被设计成支持形成内聚服务单元的多个协作过程（形式为容器）。 Pod 中的容器被自动安排到集群中的同一物理机或虚拟机上，并可以一起进行调度。容器之间可以共享资源和依赖、彼此通信、协调何时以及何种方式终止自身。

例如，你可能有一个容器，为共享卷中的文件提供 Web 服务器支持，以及一个单独的 "边车 (sidercar)" 容器负责从远端更新这些文件，如下图所示：

有些 Pod 具有 Init 容器和应用容器。 Init 容器会在启动应用容器之前运行并完成。

启用 SidecarContainers 特性门控允许你为 Init 容器指定 restartPolicy: Always。设置重启策略为 Always 会确保 Init 容器在 Pod 的整个生命周期内保持运行。

Pod 天生地为其成员容器提供了两种共享资源：网络和存储。

使用 Pod

你很少在 Kubernetes 中直接创建一个个的 Pod，甚至是单实例（Singleton）的 Pod。这是因为 Pod 被设计成了相对临时性的、用后即抛的一次性实体。当 Pod 由你或者间接地由控制器创建时，它被调度在集群中的节点上运行。 Pod 会保持在该节点上运行，直到 Pod 结束执行、Pod 对象被删除、Pod 因资源不足而被驱逐或者节点失效为止。

说明：

重启 Pod 中的容器不应与重启 Pod 混淆。 Pod 不是进程，而是容器运行的环境。在被删除之前，Pod 会一直存在。

Pod 的名称必须是一个合法的 DNS 子域值，但这可能对 Pod 的主机名产生意外的结果。

Pod 和控制器

你可以使用工作负载资源来创建和管理多个 Pod。资源的控制器能够处理副本的管理、上线，并在 Pod 失效时提供自愈能力。例如，如果一个节点失败，控制器注意到该节点上的 Pod 已经停止工作，就可以创建替换性的 Pod。调度器会将替身 Pod 调度到一个健康的节点执行。

下面是一些管理一个或者多个 Pod 的工作负载资源的示例：

Deployment
StatefulSet
DaemonSet

Pod 模板

工作负载资源的控制器通常使用 **Pod 模板（Pod Template）**来替你创建 Pod 并管理它们。

Pod 模板是包含在工作负载对象中的规范，用来创建 Pod。这类负载资源包括 Deployment、 Job 和 DaemonSet 等。

工作负载的控制器会使用负载对象中的 PodTemplate 来生成实际的 Pod。 PodTemplate 是你用来运行应用时指定的负载资源的目标状态的一部分。

Pod 使它的成员容器间能够进行数据共享和通信。

Pod 中的存储

一个 Pod 可以设置一组共享的存储卷。 Pod 中的所有容器都可以访问该共享卷，从而允许这些容器共享数据。卷还允许 Pod 中的持久数据保留下来，即使其中的容器需要重新启动。

Pod 联网

每个 Pod 都在每个地址族中获得一个唯一的 IP 地址。 Pod 中的每个容器共享网络名字空间，包括 IP 地址和网络端口。 Pod 内的容器可以使用 localhost 互相通信。当 Pod 中的容器与 Pod 之外的实体通信时，它们必须协调如何使用共享的网络资源（例如端口）。

在同一个 Pod 内，所有容器共享一个 IP 地址和端口空间，并且可以通过 localhost 发现对方。他们也能通过如 SystemV 信号量或 POSIX 共享内存这类标准的进程间通信方式互相通信。不同 Pod 中的容器的 IP 地址互不相同，如果没有特殊配置，就无法通过 OS 级 IPC 进行通信。如果某容器希望与运行于其他 Pod 中的容器通信，可以通过 IP 联网的方式实现。

Pod 中的容器所看到的系统主机名与为 Pod 配置的 name 属性值相同。网络部分提供了更多有关此内容的信息

容器的特权模式

Pod 中的所有容器都可以在特权模式下运行，以使用原本无法访问的操作系统管理权能。此模式同时适用于 Windows 和 Linux

Linux 特权容器

在 Linux 中，Pod 中的所有容器都可以使用容器规约中的安全性上下文中的 privileged（Linux）参数启用特权模式。这对于想要使用操作系统管理权能（Capabilities，如操纵网络堆栈和访问硬件设备）的容器很有用。

静态 Pod

静态 Pod（Static Pod）**直接由特定节点上的 kubelet 守护进程管理，不需要 API 服务器看到它们。尽管大多数 Pod 都是通过控制面（例如，Deployment）来管理的，对于静态 Pod 而言，kubelet 直接监控每个 Pod，并在其失效时重启之。

静态 Pod 通常绑定到某个节点上的 kubelet。其主要用途是运行自托管的控制面。在自托管场景中，使用 kubelet 来管理各个独立的控制面组件。

kubelet 自动尝试为每个静态 Pod 在 Kubernetes API 服务器上创建一个镜像 Pod。这意味着在节点上运行的 Pod 在 API 服务器上是可见的，但不可以通过 API 服务器来控制。

静态 Pod 的 spec 不能引用其他的 API 对象（例如： ServiceAccount、 ConfigMap、 Secret 等）。

容器探针

Probe 是由 kubelet 对容器执行的定期诊断。要执行诊断，kubelet 可以执行三种动作：

ExecAction（借助容器运行时执行）
TCPSocketAction（由 kubelet 直接检测）
HTTPGetAction（由 kubelet 直接检测）

Pod 的生命周期

Pod 遵循预定义的生命周期，起始于 Pending 阶段，如果至少其中有一个主要容器正常启动，则进入 Running，之后取决于 Pod 中是否有容器以失败状态结束而进入 Succeeded 或者 Failed 阶段。

在 Pod 运行期间，kubelet 能够重启容器以处理一些失效场景。在 Pod 内部，Kubernetes 跟踪不同容器的状态并确定使 Pod 重新变得健康所需要采取的动作。

Pod 在其生命周期中只会被调度一次。一旦 Pod 被调度（分派）到某个节点，Pod 会一直在该节点运行，直到 Pod 停止或者被终止。

Pod 生命期

和一个个独立的应用容器一样，Pod 也被认为是相对临时性（而不是长期存在）的实体。 Pod 会被创建、赋予一个唯一的 ID（UID），并被调度到节点，并在终止（根据重启策略）或删除之前一直运行在该节点。

如果一个节点死掉了，调度到该节点的 Pod 也被计划在给定超时期限结束后删除。

Pod 自身不具有自愈能力。如果 Pod 被调度到某节点而该节点之后失效， Pod 会被删除；类似地，Pod 无法在因节点资源耗尽或者节点维护而被驱逐期间继续存活。 Kubernetes 使用一种高级抽象来管理这些相对而言可随时丢弃的 Pod 实例，称作控制器。

任何给定的 Pod （由 UID 定义）从不会被“重新调度（rescheduled）”到不同的节点；相反，这一 Pod 可以被一个新的、几乎完全相同的 Pod 替换掉。如果需要，新 Pod 的名字可以不变，但是其 UID 会不同。

Pod 阶段

Pod 的 status 字段是一个 PodStatus 对象，其中包含一个 phase 字段。

Pod 的阶段（Phase）是 Pod 在其生命周期中所处位置的简单宏观概述。该阶段并不是对容器或 Pod 状态的综合汇总，也不是为了成为完整的状态机。

Pod 阶段的数量和含义是严格定义的。除了本文档中列举的内容外，不应该再假定 Pod 有其他的 phase 值。

下面是 phase 可能的值：

取值	描述
`Pending`（悬决）	Pod 已被 Kubernetes 系统接受，但有一个或者多个容器尚未创建亦未运行。此阶段包括等待 Pod 被调度的时间和通过网络下载镜像的时间。
`Running`（运行中）	Pod 已经绑定到了某个节点，Pod 中所有的容器都已被创建。至少有一个容器仍在运行，或者正处于启动或重启状态。
`Succeeded`（成功）	Pod 中的所有容器都已成功终止，并且不会再重启。
`Failed`（失败）	Pod 中的所有容器都已终止，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。
`Unknown`（未知）	因为某些原因无法取得 Pod 的状态。这种情况通常是因为与 Pod 所在主机通信失败。

当一个 Pod 被删除时，执行一些 kubectl 命令会展示这个 Pod 的状态为 Terminating（终止）。这个 Terminating 状态并不是 Pod 阶段之一。 Pod 被赋予一个可以体面终止的期限，默认为 30 秒。你可以使用 --force 参数来强制终止 Pod。

容器状态

要检查 Pod 中容器的状态，你可以使用 kubectl describe pod <pod 名称>。其输出中包含 Pod 中每个容器的状态。

每种状态都有特定的含义：

`Waiting` （等待）

如果容器并不处在 Running 或 Terminated 状态之一，它就处在 Waiting 状态。处于 Waiting 状态的容器仍在运行它完成启动所需要的操作：例如，从某个容器镜像仓库拉取容器镜像，或者向容器应用 Secret 数据等等。当你使用 kubectl 来查询包含 Waiting 状态的容器的 Pod 时，你也会看到一个 Reason 字段，其中给出了容器处于等待状态的原因

`Running`（运行中）

Running 状态表明容器正在执行状态并且没有问题发生。如果配置了 postStart 回调，那么该回调已经执行且已完成。如果你使用 kubectl 来查询包含 Running 状态的容器的 Pod 时，你也会看到关于容器进入 Running 状态的信息。

`Terminated`（已终止）

处于 Terminated 状态的容器已经开始执行并且或者正常结束或者因为某些原因失败。如果你使用 kubectl 来查询包含 Terminated 状态的容器的 Pod 时，你会看到容器进入此状态的原因、退出代码以及容器执行期间的起止时间。

如果容器配置了 preStop 回调，则该回调会在容器进入 Terminated 状态之前执行。

Pod 状况

Pod 有一个 PodStatus 对象，其中包含一个 PodConditions 数组。Pod 可能通过也可能未通过其中的一些状况测试。 Kubelet 管理以下 PodCondition：

PodScheduled：Pod 已经被调度到某节点；
PodReadyToStartContainers：Pod 沙箱被成功创建并且配置了网络（Alpha 特性，必须被显式启用）；
ContainersReady：Pod 中所有容器都已就绪；
Initialized：所有的 Init 容器都已成功完成；
Ready：Pod 可以为请求提供服务，并且应该被添加到对应服务的负载均衡池中。

字段名称	描述
`type`	Pod 状况的名称
`status`	表明该状况是否适用，可能的取值有 "`True`"、"`False`" 或 "`Unknown`"
`lastProbeTime`	上次探测 Pod 状况时的时间戳
`lastTransitionTime`	Pod 上次从一种状态转换到另一种状态时的时间戳
`reason`	机器可读的、驼峰编码（UpperCamelCase）的文字，表述上次状况变化的原因
`message`	人类可读的消息，给出上次状态转换的详细信息

对于带有 Init 容器的 Pod，kubelet 会在 Init 容器成功完成后将 Initialized 状况设置为 True （这发生在运行时成功创建沙箱和配置网络之后），对于没有 Init 容器的 Pod，kubelet 会在创建沙箱和网络配置开始之前将 Initialized 状况设置为 True。