第6章：深入理解Pod对象

2024-04-07 17:03:15

Pod是最小的部署单元，也是后面经常配置的地方，本章节带你熟悉Pod中常见资源配置及参数。

也就是YAML这部分：

...
template:
   metadata:
     labels:
       app: web
   spec:
     containers:
     - image: lizhenliang/java-demo:latest
       imagePullPolicy: Always
       name: java

6.1 Pod介绍

最小部署单元
一组容器的集合
一个Pod中的容器共享网络命名空间
Pod是短暂的

6.2 Pod存在的意义

Pod为亲密性应用而存在。

亲密性应用场景：

两个应用之间发生文件交互
两个应用需要通过127.0.0.1或者socket通信
两个应用需要发生频繁的调用

6.3 Pod实现机制与设计模式

Pod本身是一个逻辑概念，没有具体存在，那究竟是怎么实现的呢？

众所周知，容器之间是通过Namespace隔离的，Pod要想解决上述应用场景，那么就要让Pod里的容器之间高效共享。

具体分为两个部分：网络和存储

共享网络

kubernetes的解法是这样的：会在每个Pod里先启动一个infra container小容器，然后让其他的容器连接进来这个网络命名空间，然后其他容器看到的网络视图就完全一样了，即网络设备、IP地址、Mac地址等，这就是解决网络共享问题。在Pod的IP地址就是infra container的IP地址(即pause容器)。

共享存储

比如有两个容器，一个是nginx，另一个是普通的容器，普通容器要想访问nginx里的文件，就需要nginx容器将共享目录通过volume挂载出来，然后让普通容器挂载这个volume，最后大家看到这个共享目录的内容一样。

例如：

# pod.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-pod
spec:
  containers:
- name: write
   image: centos
   command: ["bash","-c","for i in {1..100};do echo $i >> /data/hello;sleep 1;done"]
   volumeMounts:
     - name: data
       mountPath: /data

- name: read
   image: centos
   command: ["bash","-c","tail -f /data/hello"]
   volumeMounts:
     - name: data
       mountPath: /data
  
  volumes:
- name: data
   emptyDir: {}

上述示例中有两个容器，write容器负责提供数据，read消费数据，通过数据卷将写入数据的目录和读取数据的目录都放到了该卷中，这样每个容器都能看到该目录。

验证：

kubectl apply -f pod.yaml
kubectl logs my-pod -c read -f

在Pod中容器分为以下几个类型：

Infrastructure Container：基础容器，维护整个Pod网络空间，对用户不可见(例如，pause容器)。
InitContainers：初始化容器，先于业务容器开始执行，一般用于业务容器的初始化工作。
Containers：业务容器，具体跑应用程序的镜像。

6.4 镜像拉取策略

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-pod
spec:
  containers:
   - name: java
     image: lizhenliang/java-demo
     imagePullPolicy: IfNotPresent

imagePullPolicy 字段有三个可选值(镜像仓库中的镜像都打标签)：

IfNotPresent：镜像在宿主机上不存在时才拉取
Always：默认值，每次创建 Pod 都会重新拉取一次镜像
Never： Pod 永远不会主动拉取这个镜像

如果拉取公开的镜像，直接按照上述示例即可，但要拉取私有的镜像，是必须认证镜像仓库才可以，即docker login，而在K8S集群中会有多个Node，显然这种方式是很不放方便的！为了解决这个问题，K8s 实现了自动拉取镜像的功能。以secret方式保存到K8S中，然后传给kubelet。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-pod
spec:
  imagePullSecrets:
   - name: myregistrykey
  containers:
   - name: java
     image: lizhenliang/java-demo
     imagePullPolicy: IfNotPresent

上述中名为 myregistrykey 的secret是由 kubectl create secret docker-registry 命令创建：

# kubectl create secret docker-registry myregistrykey --docker-username=admin --docker-password=Harbor12345 --docker-email=admin@harbor.com --docker-server=192.168.31.70
# kubectl get secret

--docker-username: 指定docker仓库账号 --docker-password: 指定docker仓库密码 --docker-email: 指定邮件地址(选填) --docker-server: 指定docke仓库地址

6.5 资源限制

如果不限制资源默认共享宿主机的所有资源。

Pod资源配额有两种：

申请配额：调度时使用，参考是否有节点满足该配置(申请配额一般大于限制配额1.5或2倍)

spec.containers[].resources.limits.cpu

spec.containers[].resources.limits.memory
限制配额：容器能使用的最大配置

spec.containers[].resources.requests.cpu

spec.containers[].resources.requests.memory

示例：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: web
spec:
  containers:
  - name: java
   image: lizhenliang/java-demo
   resources:
     requests:
       memory: "64Mi"
       cpu: "250m"
     limits:
       memory: "128Mi"
       cpu: "500m"

其中cpu值比较抽象，可以这么理解：

1核=1000m

1.5核=1500m

那上面限制配置就是1核的二分之一（500m），即该容器最大使用半核CPU。

该值也可以写成浮点数，更容易理解：

半核=0.5

1核=1

1.5核=1.5

6.6 重启策略

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-pod
spec:
  containers:
   - name: java
     image: lizhenliang/java-demo
   restartPolicy: Always

restartPolicy字段有三个可选值：

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

6.7 健康检查

默认情况下，kubelet 根据容器状态作为健康依据，但不能检查容器应用程序状态，例如程序假死。这就会导致无法提供服务，丢失流量。因此引入健康检查机制确保容器健康存活。

健康检查有两种类型：

livenessProbe

如果检查失败，将杀死容器，根据Pod的restartPolicy来操作。
readinessProbe

如果检查失败，Kubernetes会把Pod从service endpoints中剔除。

这两种类型支持三种检查方法：

Probe支持以下三种检查方法：

httpGet

发送HTTP请求，返回200-400范围状态码为成功。
exec

执行Shell命令返回状态码是0为成功。
tcpSocket

发起TCP Socket建立成功。

示例：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
   test: liveness
  name: liveness-exec
spec:
  containers:
  - name: liveness
   image: busybox
   args:
   - /bin/sh
   - -c
   - touch /tmp/healthy; sleep 30; rm -rf /tmp/healthy; sleep 60
   livenessProbe:
     exec:
       command:
       - cat
       - /tmp/healthy
     initialDelaySeconds: 5
     periodSeconds: 5

上述示例：启动容器第一件事创建文件，停止30s，删除该文件，再停止60s，确保容器还在运行中。

验证现象：容器启动正常，30s后异常，会restartPolicy策略自动重建，容器继续正常，反复现象。

6.8 调度策略

先看下创建一个Pod的工作流程： create pod -> apiserver -> write etcd -> scheduler -> bind pod to node -> write etcd -> kubelet( apiserver get pod) -> dcoekr api,create container -> apiserver -> update pod status to etcd -> kubectl get pods

Pod根据调度器默认算法将Pod分配到合适的节点上，一般是比较空闲的节点。但有些情况我们希望将Pod分配到指定节点，该怎么做呢？

这里给你介绍调度策略：nodeName、nodeSelector和污点(kubectl edit 或 kubectl apply -f 方式改变已经存在 pod 的调度机器，保存后，配置不生效)

1、nodeName

nodeName用于将Pod调度到指定的Node名称上。

例如：下面示例会绕过调度系统，直接分配到k8s-node1节点。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
   run: busybox
  name: busybox
  namespace: default
spec:
  nodeName: k8s-node1
  containers:
- image: busybox
   name: bs
   command:
   - "ping"
   - "baidu.com"

2、nodeSelector

nodeSelector用于将Pod调度到匹配Label的Node上。

先给规划node用途，然后打标签，例如将两台node划分给不同团队使用：

# 创建标签
kubectl label node <node-name> <label-key>=<label-value> 
# 查看标签
kubectl get node --show-labels
# 删除标签
kubectl label node <node-name> <label-key>-
# 修改标签值
kubectl label node <node-name> <label-key>=<label-value> --overwrite


kubectl label nodes k8s-node1 team=a
kubectl label nodes k8s-node2 team=b

然后在创建Pod只会被调度到含有team=a标签的节点上。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: busybox
  namespace: default
spec:
  nodeSelector:
   team: a
  containers:
- image: busybox
   name: bs
   command:
   - "ping"
   - "baidu.com"

3、taint（污点）与tolerations（容忍）

污点应用场景：节点独占，例如具有特殊硬件设备的节点，如GPU

设置污点命令：

kubectl taint node [node] key=value[effect]

其中[effect] 可取值：

NoSchedule ：一定不能被调度。
PreferNoSchedule：尽量不要调度。
NoExecute：不仅不会调度，还会驱逐Node上已有的Pod。

示例：

先给节点设置污点，说明这个节点不是谁都可以调度过来的：

kubectl taint node k8s-node1  abc=123:NoSchedule

查看污点：

kubectl describe node k8s-node1 |grep Taints

然后在创建Pod只有声明了容忍污点（tolerations），才允许被调度到abc=123污点节点上。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
   run: busybox
  name: busybox3
  namespace: default
spec:
  tolerations:
  - key: "abc"
   operator: "Equal"
   value: "123"
   effect: "NoSchedule"
  containers:
  - image: busybox
   name: bs
   command:
   - "ping"
   - "baidu.com"

如果不配置容忍污点，则永远不会调度到k8s-node1。

去掉污点：

kubectl taint node [node] key:[effect]-
kubectl taint node k8s-node1 abc:NoSchedule-

6.9 故障排查

# 查看事件，可用于大部分资源
kubectl describe TYPE/NAME    
# 如果pod启动失败，先查看日志
kubectl logs TYPE/NAME [-c CONTAINER]  
# 进入到容器中debug
kubectl exec POD [-c CONTAINER] -- COMMAND [args...]

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