Kubernetes的基本构建块和最小可调度单元pod-0

一，什么是pod

Pod 是 Kubernetes 中的最小的部署单元，代表一个或多个容器的集合，这些容器共享存储、网络和一个规范的运行环境。Pod 通常用于部署一个应用程序的单个实例(进程)。kubernetes中其他大多数组件都是围绕着Pod来进行支撑和扩展Pod功能的，例如，用于管理Pod运行的StatefulSet和Deployment等控制器对象，用于暴露Pod应用的Service和Ingress对象，为Pod提供存储的PersistentVolume存储资源对象等。

1.1pod在k8s中使用方法

（1）使用方法一

每个Pod中运行一个容器。这个模式是常见的用法；在这种使用方式中，每一个Pod是单个容器的封装，kuberentes管理的是Pod而不是直接管理容器。

（2）使用方法二

每一个Pod中同时运行多个容器。一个Pod中可以同时封装几个需要紧密耦合互相协作的容器，容器之间共享资源。这些在同一个Pod中的容器可以互相协作成为一个service单位，比如一个容器共享文件，另一个“sidecar”容器来更新这些文件。Pod将这些容器的存储资源作为一个实体来管理。

1.2pod中容器的进程

一个Pod下的容器必须运行于同一节点上。现代容器技术建议一个容器只运行一个进程，该进程在容器中PID命令空间中的进程号为1，可直接接收并处理信号，进程终止时容器生命周期也就结束了。若想在容器内运行多个进程，需要有一个类似Linux操作系统init进程的管控类进程，以树状结构完成多进程的生命周期管理。运行于各自容器内的进程无法直接完成网络通信，这是由于容器间的隔离机制导致，k8s中的Pod资源抽象正是解决此类问题，Pod对象是一组容器的集合，这些容器共享Network、UTS及IPC命令空间，因此具有相同的域名、主机名和网络接口，并可通过IPC直接通信。

1.3pod的网络隔离管理

Pod资源中针对各容器提供网络命令空间等共享机制的是底层基础容器pause，基础容器（也可称为父容器，根容器）pause就是为了管理Pod容器间的共享操作，这个父容器需要能够准确地知道如何去创建共享运行环境的容器，还能管理这些容器的生命周期。为了实现这个父容器的构想，kubernetes中，用pause容器来作为一个Pod中所有容器的父容器。这个pause容器有两个核心的功能，一是它提供整个Pod的Linux命名空间的基础（init进程管理）。二来启用PID命名空间，它在每个Pod中都作为PID为1进程（init进程），并回收僵尸进程。

（1）pause容器的作用

pause容器让Pod中的所有容器可以共享网络和存储的资源作为PID=1的进程(init进程),管理组的

网络：

每个Pod都会被分配一个唯一的IP地址。Pod中的所有容器共享网络空间，包括IP地址和端口。Pod内部的容器可以使用localhost互相通信。Pod中的容器与外界通信时，必须分配共享网络资源（例如使用宿主机的端口映射）

存储：

Pod可以指定多个共享的Volume。Pod中的所有容器都可以访问共享的Volume。Volume也可以用来持久化Pod中的存储资源，以防容器重启后文件丢失。

总结

每个Pod都有一个特殊的被称为“基础容器”的Pause容器。Pause容器对应的镜像属于Kubernetes平台的一部分，除了Pause容器，每个Pod还包含一个或者多个紧密相关的用户应用容器。

k8s中的pause容器主要为每个容器提供以下功能：

• 在pod中担任Linux命名空间（如网络命令空间）共享的基础；
• 启用PID命名空间，开启init进程。
• 协调他的容器生命周期
• 提供健康检查和生存探针

为每个容器提供网络和存储资源的共享，协调容器的生命周期和健康检查

1.4 Pod分类：

（1）自主式Pod （静态，存在pod节点上）

这种Pod本身是不能自我修复的，当Pod被创建后（不论是由你直接创建还是被其他Controller），都会被Kuberentes调度到集群的Node上。直到Pod的进程终止、被删掉、因为缺少资源而被驱逐、或者Node故障之前这个Pod都会一直保持在那个Node上。Pod不会自愈。如果Pod运行的Node故障，或者是调度器本身故障，这个Pod就会被删除。同样的，如果Pod所在Node缺少资源或者Pod处于维护状态，Pod也会被驱逐。

（2）控制器管理的Pod（存在etcd）

Kubernetes使用更高级的称为Controller的抽象层，来管理Pod实例。Controller可以创建和管理多个Pod，提供副本管理、滚动升级和集群级别的自愈能力。例如，如果一个Node故障，Controller就能自动将该节点上的Pod调度到其他健康的Node上。虽然可以直接使用Pod，但是在Kubernetes中通常是使用Controller来管理Pod的。假如副本的功能数量不够，会创建新的副本来满足要求的数量

1.5k8s中Pod概念和特殊组成结构作用

（1）作用一

在一组容器作为一个单元的情况下，难以对整体的容器简单地进行判断及有效地进行行动。假如，一个容器死亡了 ，引入与业务无关的Pause容器作为Pod的基础容器，用它的状态代表着整个容器组的状态，这样就可以解决该问题。

（2）作用二

Pod里的多个应用容器共享Pause容器的IP，共享Pause容器挂载的Volume，这样简化了应用容器之间的通信问题，也解决了容器之间的文件共享问题。

二，pod存在的价值

1.pod组成(容器分类)

1.1基础容器（infrastructure container）

的生命周期

维护整个 Pod 网络和存储空间

node 节点中操作

启动一个Pod时，k8s会自动启动一个基础容器

cat /opt/kubernetes/cfg/kubelet
......
--pod-infra-container-image=registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google-containers/pause-amd64:3.0"

每次创建 Pod 时候就会创建，运行的每一个Pod都有一个 pause-amd64 的基础容器自动会运行，对于用户是透明的

docker ps -a
registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google-containers/pause-amd64:3.0   "/pause"

1.2初始化容器（initcontainers）

Init容器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。(init串行)

（1）Init 容器与普通的容器的区别

• Init 容器总是运行到成功完成为止

   init 1 成功              init 2 失败
  
   运行过程：启动——>运行——>结束——>推出成功         再运行下一个init
  

• 每个 Init 容器都必须在下一个 Init 容器启动之前成功完成启动和退出。如果 Pod 的 Init 容器失败，k8s 会不断地重启该 Pod，直到 Init 容器成功为止。然而，如果 Pod 对应的重启策略（restartPolicy）为 Never，它不会重新启动。

（2）Init 的容器作用

init容器具有与应用容器分离的单独镜像，其启动相关代码优势有

• init 容器可以包含一些安装过程中应用容器中不存在的实用工具或个性化代码。例如，没有必要仅为了在安装过程中使用类似 sed、 awk、 python 或 dig 这样的工具而去FROM 一个镜像来生成一个新的镜像。(独立使用的工具)
• Init 容器可以安全地运行这些工具，避免这些工具导致应用镜像的安全性降低。
• 应用镜像的创建者和部署者可以各自独立工作，而没有必要联合构建一个单独的应用镜像。
• Init 容器能以不同于Pod内应用容器的文件系统视图运行。因此，Init容器可具有访问 Secrets 的权限，而应用容器不能够访问。
• 由于 Init 容器必须在应用容器启动之前运行完成，因此 Init 容器提供了一种机制来阻塞或延迟应用容器的启动，直到满足了一组先决条件。一旦前置条件满足，Pod内的所有的应用容器会并行启动。（串行）

1.3应用容器（Maincontainer）

并行启动

1.4总结

三种容器

（1） 基础容器pause容器

给pod中所有应用容器提供网络(共享IP)和存储(共享存储)资源的共享。作为PID=1的进程(init进程),管理中的组的生命周期

（2） 初始化容器(init·容器)

阻塞或者延迟应用容器的启动,可以为应用容器事先准备提供运行环境和工具

（3） 应用容器(main 容器)

在所有init容器(串行)成功·启动 和退出后应用容器才会启动(并行)提供应用程业务

三，pod的实现机制（运作方式）

官网的例子

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myapp-pod
  labels:
    app: myapp
spec:
  containers:
  - name: myapp-container
    image: busybox:1.28
    command: ['sh', '-c', 'echo The app is running! && sleep 3600']
  initContainers:
  - name: init-myservice
    image: busybox:1.28
    command: ['sh', '-c', 'until nslookup myservice; do echo waiting for myservice; sleep 2; done;']
  - name: init-mydb
    image: busybox:1.28
    command: ['sh', '-c', 'until nslookup mydb; do echo waiting for mydb; sleep 2; done;']
    
    定义了一个有 2 个 Init 容器的简单 Pod。 第一个等待 myservice 启动， 第二个等待 mydb 启动。 一旦这两个 Init容器都启动完成，Pod 将启动 spec 中的应用容器。
    
kubectl apply init-cs.yaml    
kubectl get pod
kubectl get svc
kubectl describe pod myapp-pod 
kubectl logs myapp-pod -c init-myservice #查看日志提示没有svc
kubectl expose pod myapp-pod --name=myservice --port=80 --target-port=80  #可以不加端口可定义
kubectl get svc
kubectl get pod
kubectl describe pod myapp-pod
kubectl logs myapp-pod -c init-mydb

vim mydb.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  labels:
    app: myapp
  name: mydb
  namespace: default
spec:
  ports:
  - port: 80
    protocol: TCP
    targetPort: 80
  selector:
    app: myapp
  type: ClusterIP

  kubectl aooly -f mydb.yaml
  kubectl get svc
  kubectl get pod  #查看发现正常了

总结

• 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。

四，镜像拉取策略

1.镜像拉取策略（image PullPolicy）：

Pod 的核心是运行容器，必须指定容器引擎，比如 Docker，启动容器时，需要拉取镜像，k8s 的镜像拉取策略可以由用户指定：

• IfNotPresent：在镜像已经存在的情况下，kubelet 将不再去拉取镜像，仅当本地缺失时才从仓库中拉取，默认的镜像拉取策略。（如果本地不存在，从仓库拉镜像）
• Always：每次创建 Pod 都会重新拉取一次镜像。（总是从仓库拉镜像）
• Never：Pod 不会主动拉取这个镜像，仅使用本地镜像。（不从仓库拉镜像）

注意：

标签为“:latest”的镜像文件，其默认的镜像获取策略即为“Always”

其他标签的镜像，其默认策略则为“IfNotPresent”。

假设标签是1.14，默认策略是“IfNotPresent”

1.1例子

官方例子https://kubernetes.io/docs/concepts/containers/images

kubectl apply -f - <<EOF
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: private-image-test-1
spec:
  containers:
    - name: uses-private-image
      image: $PRIVATE_IMAGE_NAME
      imagePullPolicy: Always
      command: [ "echo", "SUCCESS" ]
EOF

master操作

kubectl edit deployment/nginx-deployment
......
  template:
    metadata:
      creationTimestamp: null
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - image: nginx:1.15.4
        imagePullPolicy: IfNotPresent							#镜像拉取策略为 IfNotPresent
        name: nginx
        ports:
        - containerPort: 80
          protocol: TCP
        resources: {}
        terminationMessagePath: /dev/termination-log
        terminationMessagePolicy: File
      dnsPolicy: ClusterFirst
      restartPolicy: Always										#Pod的重启策略为 Always，默认值
      schedulerName: default-scheduler
      securityContext: {}
      terminationGracePeriodSeconds: 30
......

创建测试目录，yaml文件

mkdir /opt/demo
cd /opt/demo

vim pod1.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-test1
spec:
  containers:
    - name: nginx
      image: nginx
      imagePullPolicy: Always
      command: [ "echo", "SUCCESS" ]   #运行后生命周期结束
      command: [ 'sh','-c'"echo", "SUCCESS" ]   #命令运行完结束

kubectl create -f pod1.yaml

kubectl get pods -o wide
查看Pod 的状态发现异常，原因是 echo 执行完进程终止，容器生命周期也就结束了

kubectl describe pod pod-test1
查看后得知Pod 中的容器在生命周期结束后，由于 Pod 的重启策略为 Always，容器再次重启了，并且又重新开始拉取镜像

修改 pod1.yaml 文件

cd /opt/demo
vim pod1.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-test1
spec:
  containers:
    - name: nginx
      image: nginx:1.14							#修改 nginx 镜像版本
      imagePullPolicy: Always
      #command: [ "echo", "SUCCESS" ]			#删除

#删除原有的资源
kubectl delete -f pod1.yaml 

#更新资源
kubectl apply -f pod1.yaml 

#查看 Pod 状态
kubectl get pods -o wide

综上可知

镜像拉取策略

1、IfNotPresent:优先使用本地已存在的镜像,如本地没有则从仓库镜像拉取

2、Always: 总是从仓库镜像拉取，无论本地是否已存在镜像

3、Never: 不从仓库去拉取镜像,仅使用本地镜像

注意

拉镜像的默认策略

image nginx:latest 镜像的标签为latest或者无标签时,默认的镜像拉取策略是Always

** nginx:1.14 镜像的标签为非latest时,默认的镜像拉取策略是IfNotPresent**

2.重启策略（restartPolicy）

当 Pod 中的容器退出时通过节点上的 kubelet 重启容器。适用于 Pod 中的所有容器。

• Always：当容器终止退出后，总是重启容器，默认策略
• OnFailure：当容器异常退出（退出状态码非0）时，重启容器；正常退出则不重启容器
• Never：当容器终止退出，从不重启容器。

注意：

K8S 中不支持重启 Pod 资源，只有删除重建

kubectl edit deployment nginx-deployment
......
 restartPolicy: Always

2.1例子

vim pod3.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: foo
spec:
  containers:
  - name: busybox
    image: busybox
    args:
    - /bin/sh
    - -c
    - sleep 30; exit 3


kubectl apply -f pod3.yaml

#查看Pod状态，等容器启动后30秒后执行exit退出进程进入error状态，就会重启次数加1
kubectl get pods
NAME                              READY   STATUS             RESTARTS   AGE
foo                               1/1     Running            1          50s


kubectl delete -f pod3.yaml

vim pod3.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: foo
spec:
  containers:
  - name: busybox
    image: busybox
    args:
    - /bin/sh
    - -c
    - sleep 30; exit 3
  restartPolicy: Never
#注意：跟container同一个级别

kubectl apply -f pod3.yaml

#容器进入error状态不会进行重启
kubectl get pods -w

sleep 30到了重启

30秒到了自动退出，不会重启

综上可知

容器重启策略·3种

restartPolicy 重启策略，和container字段在同一层

• Always:容器在退出时总是重启容器,不管返回状态码如何·默认的pod容器重启策略
• Never:容器退出时从不重启容器,不管返回状态码如何
• Onfailure:仅在容器异常退出时(返回状态码为非0时)会重启容器