什么是Pod

Pod是Kubernetes中可以创建和部署的最小单位。

Pod为一个或多个container的组合，K8s为了便于管理container，将他们封装为pod。

Pod的特点

Pod的特点：

• Pod包含1到多个container
• 同一Pod中的container只会运行在同一个节点中。不可能跨节点。

每个container只运行一个应用进程。如果应用包含多个进程，需要使用多个container。Pod将这些相关的container组合到一起。

一个Pod中的所有container：

• 使用同一个namespace
• 共享同一个hostname和网络接口
• 文件系统完全隔离，不共享

同一pod的container如果绑定同一个端口会存在端口冲突。但不同的pod中的container不会存在此问题。

pod是kubernetes管理的最小单位。pod当然也是应用水平扩展（运行多个实例）时的最小单位。

多层应用需要拆分到多个pod。

同一个pod包含的container用途需要紧密相关。

pod没有自愈能力，也没有横向扩展能力。因此生产中pod需要和controller配合使用。

在K8s中，pod被认为是一种临时的对象。

数据卷（volume）和pod具有相同的生命周期，如果pod删除后重新创建，这个pod关联的数据卷也会删除并重建。

网络

每一个pod分配一个独立的IP地址。同一个pod使用同一个网络namespace。位于同一个pod内的所有container都是用相同的网络namespace，包括IP地址和端口号。这些container可以通过localhost的方式访问其他的container。

存储

可以为pod指定一个或多个共享的数据卷（volume）。pod内的所有container都可以访问这个数据卷。

Pod终止过程

以pod的删除过程为例说明下pod是终止过程。

1. 用户发出删除pod指令，默认pod删除宽限时间为30秒。
2. API server中该pod的状态被更新。Pod在宽限时间之后会被认为dead。
3. Pod进入Terminating状态。
4. 和步骤3同时进行。当kubelet发现API server中Pod被标记为terminating，开始终止pod的过程。如果pod定义了preStop hook，调用preStop hook的逻辑。如果preStop过程在宽限时间到之后仍在运行，稍后步骤运行，并多出2秒宽限时间。接下来发送TERM信号到container。
5. 和步骤3同时进行。pod从endpoint中移除。service不会再转发流量到这个pod。并且controller不再认为这个pod处于运行状态。
6. 当宽限时间到达之时，发送SIGKILL指令到pod中所有进程。
7. Kubelet完成删除pod过程，告诉API server设置宽限时间为0，意味着立即删除。Pod消失，再也不会被客户端查询到。

可以使用

kubectl delete pod ... --grace-period=<seconds>

覆盖默认的宽限时间。

可以使用如下命令强制删除pod

kubectl delete pod ... --grace-period=0 --force

Pod描述文件模板

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myapp-pod
  labels:
    app: myapp
spec:
  containers:
  - name: myapp-container
    image: busybox
    command: ['sh', '-c', 'echo Hello Kubernetes! && sleep 3600']

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
    name: kubia-manual
spec:
    containers:
        - image: luksa/kubia
          name: kubia
          ports:
          - containerPort: 8080
            protocol: TCP

注意：修改pod template不会对已经创建出的pod生效。

Pod Phase

PodStatus（pod 状态）具有一个phase字段。

PodPhase的可能值和解释：

值	描述
Pending	k8s已接收到，但是container没有被创建。pod被调度或者在下载镜像的时候也是Pending状态
Running	pod被分配到某个node，pod中所有container都被创建。至少一个container在运行中，或者处于启动中，重启中状态
Succeeded	pod中所有的container以succeeded状态结束，不会再重启
Failed	所有的container已终止运行，其中至少一个container以failed状态结束
Unknown	无法获取pod状态，典型的情况为和pod所在主机通信异常

Pod Condition

PodStatus有一个PodConditions字段。该字段是一个数组，有如下6个部分：

• lastProbeTime: 上一次更新pod情况的时间。
• lastTransitionTime: 上一次pod状态变更的时间。
• message: 状态变更的详细描述。
• reason: 一个驼峰命名的单词描述上次状态变更的原因。
• status: True False或Unknown。
• type: 有如下值
  • PodScheduled: pod被调度到了node
  • Ready: pod可以接受请求。归service的负责均衡管理。
  • Initialized: 所有的init container启动成功。
  • Unschedulable: pod无法被调度，比如说资源不足或其他原因。
  • ContainersReady: 所有的container启动成功。

Container probes

Probe是kubelet针对container周期性触发的诊断操作。Kubelet调用container的handler进行诊断操作。Handler有如下三种类型：

• ExecAction: 在container执行特定命令。命令的退出状态码为0会被人为诊断无异常。
• TCPSocketAction: 发送TCP请求。如果目标端口开放则诊断无异常。
• HTTPGetAction: 发送HTTP GET请求。返回200到400之间（包括200）的状态码表示诊断无异常。

Probe有3种：

• livenessProbe: 检查container是否在运行。如果liveness probe失败，kubelet会kill掉container。接下来container会根据restartPolicy确定是否重启。如果没配置livenessProbe，默认状态是Success。
• readinessProbe: 检查pod是否已就绪对外提供服务。如果fail，endpoint会移除该pod的IP地址。在initial delay之前，此probe的默认值为Failure。如果没配置readinessProbe，默认状态为Success。
• startupProbe: 检查pod是否已启动。如果配置了startupProbe，其他的probe会被禁用，直到startupProbe状态为Success才会启用其他的probe。如果startupProbe失败，kubelet会kill掉container。接下来container会根据restartPolicy确定是否重启。如果没有配置startupProbe，默认状态为Success。

livenessProbe的例子

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
    test: liveness
  name: liveness-http
spec:
  containers:
  - args:
    - /server
    image: k8s.gcr.io/liveness
    livenessProbe:
      httpGet:
        # when "host" is not defined, "PodIP" will be used
        # host: my-host
        # when "scheme" is not defined, "HTTP" scheme will be used. Only "HTTP" and "HTTPS" are allowed
        # scheme: HTTPS
        path: /healthz
        port: 8080
        httpHeaders:
        - name: X-Custom-Header
          value: Awesome
      initialDelaySeconds: 15
      timeoutSeconds: 1
    name: liveness

Container States

可以使用

kubectl describe pod [POD_NAME]

来查看container state。

Container state有如下值：

• Waiting: container state默认值。如果container既没有运行又没有终止，它处于waiting状态。
• Running: container在运行，没遇到任何问题。
• Terminated: container运行完毕，已经终止。运行完毕成功退出或者运行失败都是Terminated状态。

Restart Policy

具有三个值：

• Always
• OnFailure
• Never

RestartPolicy位于PodSpec配置中，对pod内所有的container生效。

Container的重启延迟时间会指数级增长（最多为5分钟），启动成功10分钟之后，重启延迟时间重置。

Init Container

Init Container在应用程序container之前运行。

一个pod可以具有一个或多个init container。

Init container具有如下特点：

• 总是会运行完毕退出。
• 每个init container依次运行，一个运行成功再运行下一个。

如果init container运行失败，kubenetes会反复重启pod直到运行成功。如果RestartPolicy配置为Never，pod不会被重启。

Init Container和应用Container的不同之处

1. 资源限制不同，详情参见https://kubernetes.io/docs/concepts/workloads/pods/init-containers/#resources
2. 不支持ReadinessProbe

Init Container使用例子

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;']

Init Container的行为

如果pod的RestartPolicy为Always，它所有init container的RestartPolicy为OnFailure。

如果pod重启，pod的init container必须要重新执行。

使用activeDeadlineSeconds或livenessProbe避免init container永无休止的fail。

Pod重启的原因

• pod参数更新导致init container的image改变。
• pod基础container重启。这种情况不常见。
• pod的所有container都已停止，同时RestartPolicy设置为Always

Pod的操作

获取pod信息

kubectl get po pod_name -o yaml

创建pod

kubectl create -f kubia-manual.yaml

其中kubia-manual.yaml为pod描述文件。

获取所有pod

kubectl get pods

查看更详细的pod信息列表

kubectl get pods -o wide

获取pod的日志

kubectl logs pod_name

如果pod内存在多个container，可以使用如下命令获取某一个特定container内的日志

kubectl logs pod_name -c container_name

删除pod

kubectl delete po kubia-gpu

向pod发送请求

绑定宿主机和pod端口的方式：

• 使用k8s service(推荐)
• 使用port forwarding

Port forwarding方式

kubectl port-forward kubia-manual 8888:8080

Label(标签)

label是key/value pair。可以对k8s中的资源对象（pod，controller，service等）进行分类和标记，供其他资源对象的相关selector进行操作。

label相关操作

创建带有label的pod

yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
    name: kubia-manual-v2
    labels:
        creation_method: manual
        env: prod
spec:
    containers:
    - image: luksa/kubia
      name: kubia
      ports:
      - containerPort: 8080
        protocol: TCP

查看pod的label信息

kubectl get po --show-labels

将指定label分列显示

kubectl get po -L creation_method,env

新增标签

kubectl label po kubia-manual creation_method=manual

修改标签

kubectl label po kubia-manual-v2 env=debug --overwrite

使用label selector列出pod信息

精确匹配

kubectl get po -l creation_method=manual

列出包含env标签的pod

kubectl get po -l env

列出不包含env标签的pod

kubectl get po -l '!env'

使用label selector删除pod

kubectl delete po -l creation_method=manual

label selector的运算符

• creation_method!=manual 否定
• env in (prod,devel) 范围
• env notin (prod,devel) 范围否定
• app=pc,rel=beta 使用多个selector

节点标签配置

可以为集群中的节点增加标签，这样就可以使用pod spec中的nodeSelector人工干预pod的schedule过程，控制pod可运行到哪些节点上。

节点操作

节点增加标签

kubectl label node gke-kubia-85f6-node-0rrx gpu=true

使用label selector列出节点

kubectl get nodes -l gpu=true

创建node时使用node selector。（以下pod中的container仅会在label为gpu=true的节点下运行）

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
    name: kubia-gpu
spec:
    nodeSelector:
        gpu: "true"
    containers:
      - image: luksa/kubia
      name: kubia

查看pod描述

kubectl describe pod kubia-manual

Annotation

Annotation通常来说不会被k8s直接使用，主要为了便于集群维护者查看。

有一个例外是对于一些alpha或者beta的API，它们会从annotation中读取一些配置。

Annotation相关操作

增加annotation

kubectl annotate pods kubia-manual mycompany.com/someannotation="foo bar"

删除kubia-manual这个pod上key为description的annotation

kubectl annotate pods kubia-manual description-

Namespace

Namespace用于对k8s中资源对象的分组。namespace之间没有嵌套或层级关系。一个资源对象只能属于一个namespace。不同组之间的对象是隔离的，互相不可见。

Namespace 适合用于隔离不同用户创建的资源。

注意：namespace无法保证网络的隔离性，比如说service可以跨namespace访问。

默认来说Kubernetes具有如下3个namespace：

• default: k8s默认的namespace，如果操作如果不指明namespace，默认会操作名为default的namespace。
• kube-system: k8s系统自己运行所需的资源对象所在的namespace。
• kube-public: k8s自动创建的namespace，对所有用户可见。适合放置集群范围都可见的服务。

namespace相关操作

列出所有的namespace

kubectl get ns

获取指定namespace下的所有pod

kubectl get po --namespace kube-system
# 或
kubectl get po -n kube-system

创建namespace

custom-namespace.yaml

apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
    name: custom-namespace

kubectl create -f custom-namespace.yaml

或者使用

kubectl create namespace custom-namespace

在指定namespace下创建资源

kubectl create -f kubia-manual.yaml -n custom-namespace

k8s快速切换namespace

alias kcd='kubectl config set-context $(kubectl config currentcontext) --namespace '

kcd some-namespace

执行如下命令验证

kubectl config view --minify | grep namespace:

删除整个namespace，这样namespace下的所有pod都会被删除

kubectl delete ns custom-namespace

删除整个namespace下的所有pod，但不删除namespace

kubectl delete po --all

删除namespace中所有的资源

kubectl delete all --all