k8s-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
  • containers[] : list 类型，这里是 spec 对象的容器列表定义，是个列表
    • 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 .
      • 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。
    • 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
      • 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 .
    • ports[] , List<Object> , 指定容器使用的端口列表
      • 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
    • env[] : List<Object> , 指定容器运行前需要设置的环境变量列表
      • name : String , 环境变量名称
      • value : String , 环境变量值
    • resources : Object , 指定资源限制和资源请求的值
      • limits : 设置容器运行时的资源的运行上限
        • 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
      • requests : Object , 指定容器启动和调度时的限制设置
        • 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
  • restartPolicy : String , 定义 Pod 的重启策略，可选值是 Always , OnFailure , 默认值是 Always .
    • 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 .
  • nodeSelector : Object , 定义 Node 的 label 过滤标签，已 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

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kubectl explain pod.

# 案例

通过资源清单创建一个 pod.

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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

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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

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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

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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：

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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

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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

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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：

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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

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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.

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[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

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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:

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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

# liveness-exec demo

• 04-liveness-demo-exec.yaml

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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

# liveness-http-get demo

• 04-liveness-httpGet-demo.yaml

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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

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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。

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