Kubernetes(k8s)容器编排Pod介绍和使用

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简介: Kubernetes(k8s)容器编排Pod介绍和使用

1 Pod 特点



Pod是kubernetes中你可以创建和部署的最小也是最简的单位,一个Pod代表着集群中运行的一个进程。

  Pod中封装着应用的容器(有的情况下是好几个容器),存储、独立的网络IP,管理容器如何运行的策略选项,Pod代表着部署的一个单位:kubernetes中应用的一个实例,可能由一个或者多个容器组合在一起共享资源。

Pod有两个必须知道的特点

1.1 网络

  每一个Pod都会被指派一个唯一的Ip地址,在Pod中的每一个容器共享网络命名空间,包括Ip地址和网络端口,在同一个Pod中的容器可以同locahost进行互相通信,当Pod中的容器需要与Pod外的实体进行通信时,则需要通过端口等共享的网络资源。

1.2 存储

  Pod能够配置共享存储卷,在Pod中所有的容器能够访问共享存储卷,允许这些容器共享数据,存储卷也允许在一个Pod持久化数据,以防止其中的容器需要被重启。

2 使用方式

2.1 自主式Pod

  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。

2.2 控制器管理的Pod

  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

3 自主运行Pod

3.1 创建资源清单

通过yaml文件或者json描述Pod和其内容器的运行环境和期望状态,例如一个最简单的运行nginx应用的pod,定义如下

vi nginx-pod.yml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
  labels:
    app: nginx
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.12
    ports:
    - containerPort: 80

3.1.1 参数描述

下面简要分析一下上面的Pod定义文件:

  • apiVersion: 使用哪个版本的Kubernetes API来创建此对象

kind:要创建的对象类型,例如Pod,Deployment等

metadata:用于唯一区分对象的元数据,包括:name,UID和namespace

labels:是一个个的key/value对,定义这样的label到Pod后,其他控制器对象可以通过这样的label来定位到此Pod,从而对Pod进行管理。(参见Deployment等控制器对象)

spec: 其它描述信息,包含Pod中运行的容器,容器中运行的应用等等。不同类型的对象拥有不同的spec定义。详情参见API文档

3.2 创建Pod

使用kubectl创建pod

kubectl apply -f nginx-pod.yml

3.3 Pod操作

3.3.1 查看Pod列表

kubectl get pods

可以通过增加 -o wide查看详细信息

kubectl get pods -o wide

3.3.2 查看描述信息

可以通过describe查看pod的详细信息

kubectl describe pod nginx

3.3.3 访问pod

可以通过k8s创建的虚拟IP进行访问,可以在k8s的任何一个节点访问

curl 10.244.1.10

3.3.4 删除Pod

可以使用delete删除Pod,删除后不能进行恢复

kubectl delete pod nginx

4 控制器运行Pod

Pod本身不具备容错性,这意味着如果Pod运行的Node宕机了,那么该Pod无法恢复,因此推荐使用Deployment等控制器来创建Pod并管理。

4.1 创建资源清单

通过yaml文件或者json描述Pod和其内容器的运行环境和期望状态,例如一个最简单的运行nginx应用的pod,定义如下

vi nginx-pod.yml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
        app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.12
        ports:
        - containerPort: 80

4.2 参数描述

下面简要分析一下上面的Pod定义文件:

4.2.1 Replicas

副本数量

spec.replicas 是可以选字段,指定期望的pod数量,默认是1。

4.2.2 Selector

标签选择器

  .spec.selector是可选字段,用来指定 label selector ,圈定Deployment管理的pod范围。如果被指定, .spec.selector 必须匹配 .spec.template.metadata.labels,否则它将被API拒绝。如果 .spec.selector 没有被指定, .spec.selector.matchLabels 默认是.spec.template.metadata.labels。
  在Pod的template跟.spec.template不同或者数量超过了.spec.replicas规定的数量的情况下,Deployment会杀掉label跟selector不同的Pod。

4.2.3 Pod Template

Pod模板,.spec.template 是 .spec中唯一要求的字段。

  .spec.template 是 pod template,它跟 Pod有一模一样的schema,除了它是嵌套的并且不需要apiVersion 和 kind字段。
  另外为了划分Pod的范围,Deployment中的pod template必须指定适当的label(不要跟其他controller重复了,参考selector)和适当的重启策略。
  .spec.template.spec.restartPolicy 可以设置为 Always , 如果不指定的话这就是默认配置。

4.3 创建Pod

kubectl apply -f nginx-pod.yml
kubectl get pods -o wide

创建后发现,有两个nginx的pod在运行,符合我们的预期

4.4 Pod操作

4.4.1 删除Pod

这里可以尝试删除Pod

kubectl delete pod nginx-deployment-f77774fc5-cgs82
# 查看Pod详情
kubectl get pods -o wide

删除Pod后发现重新新建了一个Pod,这是因为有控制器发现少了一个Pod就会进行重新拉起来一个

5 镜像拉取策略

pod的镜像拉取策略分为三种:

  • always(总是从官方下载镜像)
  • never(从不下载镜像)
  • ifnotpresent(如果本地没有镜像就从官方下载镜像)。

Kubernetes集群默认使用IfNotPresent策略

5.1 always

不管是否存在本地镜像,总是从远程仓库下载

5.1.1 修改资源清单

我们可以通过修改配置清单来配置不同的策略

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
        app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.12
        imagePullPolicy: Always
        ports:
        - containerPort: 80

5.1.2 生效配置

kubectl apply -f nginx-pod.yml

5.1.3 查看创建过程

kubectl describe pod nginx-deployment

可以清楚的看到重新下载而没有使用本地镜像

5.2 IfNotPresent

Kubernetes集群的默认策略,如果有本地镜像就使用,没有则从远程仓库下载

5.2.1 修改资源清单

我们可以通过修改配置清单来配置不同的策略

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
        app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.12
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        ports:
        - containerPort: 80

5.2.2 生效配置

kubectl apply -f nginx-pod.yml

5.2.3 查看创建过程

kubectl describe pod nginx-deployment

可以清楚的看到没有重新下载镜像而是使用本地的镜像。

6 Pod生命周期

6.1 各个阶段

POD中明确规定了如下几个阶段

状态值 说明
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。
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。
  实际上还有一中状态Terminating,在代码和文档中都没有说明,但却是存在。这种情况出现杂无法获取所在主机的资源情况,一直在尝试建立连接。

6.2 Pod重启策略

在Pod中的容器可能会由于异常等原因导致其终止退出,Kubernetes提供了重启策略以重启容器。

  Pod通过`restartPolicy`字段指定重启策略,重启策略类型为:Always、OnFailure 和 Never,默认为 Always。
  重启策略对同一个Pod的所有容器起作用,容器的重启由Node上的kubelet执行。Pod支持三种重启策略,在配置文件中通过`restartPolicy`字段设置重启策略:
重启策略 说明
Always 当容器失效时,由kubelet自动重启该容器
OnFailure 当容器终止运行且退出码不为0时,由kubelet自动重启该容器
Never 不论容器运行状态如何,kubelet都不会重启该容器

注意:这里的重启是指在Pod的宿主Node上进行本地重启,而不是调度到其它Node上。

6.3 Pod状态转换

image.png

6.4 生命周期行为

6.4.1 初始化容器

初始化容器(init container)即应用程序的主容器启动之前要运行的容器,常用于为主容器执行一些预置操作,它们具有两种典型特征。

  1. 初始化容器必须运行完成直至结束,若某初始化容器运行失败,那么kubernetes需要重启它直到成功完成。(注意:如果podspec.restartPolicy字段值为“Never”,那么运行失败的初始化容器不会被重启。)
  2. 每个初始化容器都必须按定义的顺序串行运行。

6.4.2 容器探测

容器探测(container probe)是Pod对象生命周期中的一项重要的日常任务,它是kubelet对容器周期性执行的健康状态诊断,诊断操作由容器的处理器(handler)进行定义,Kubernetes支持三种处理器用于Pod探测:


ExecAction:在容器内执行指定命令,并根据其返回的状态码进行诊断的操作称为Exec探测,状态码为0表示成功,否则即为不健康状态。

TCPSocketAction:通过与容器的某TCP端口尝试建立连接进行诊断,端口能够成功打开即为正常,否则为不健康状态。

HTTPGetAction:通过向容器IP地址的某指定端口的指定path发起HTTP GET请求进行诊断,响应码为2xx或3xx时即为成功,否则为失败。

任何一种探测方式都可能存在三种结果:“Success”(成功)、“Failure”(失败)、“Unknown”(未知),只有success表示成功通过检测。

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