Pod的实现原理

开篇点题,用一个最形象的比喻:云计算系统的操作系统是k8s,容器就相当于是其进程,而Pod则是进程组

容器跟虚拟机不能相提并论,无论是从具体的实现原理,还是从使用方法、特性、功能等方面,容器与虚拟机几乎没有任何相似的地方;也不存在一种普遍的方法,能够把虚拟机里的应用无缝迁移到容器中。因为,容器的性能优势,必然伴随着相应缺陷,即:它不能像虚拟机那样,完全模拟本地物理机环境中的部署方法。

一个运行在虚拟机里的应用,哪怕再简单,也是被管理在 systemd 或者 supervisord 之下的一组进程,而不是一个进程

可是对于容器来说,一个容器永远只能管理一个进程。更确切地说,一个容器,就是一个进程。这是容器技术的“天性”,不可能被修改。容器的“单进程模型”,并不是指容器里只能运行“一个”进程,而是指容器没有管理多个进程的能力。这是因为容器里 PID=1 的进程就是应用本身,其他的进程都是这个 PID=1 进程的子进程。

Pod,实际上是在扮演传统基础设施里“虚拟机”的角色;而容器,则是这个虚拟机里运行的用户程序。

把整个虚拟机想象成为一个 Pod,把这些进程分别做成容器镜像,把有顺序关系的容器,定义为 Init Container。这才是更加合理的、松耦合的容器编排诀窍,也是从传统应用架构,到“微服务架构”最自然的过渡方式。

Pod只是一个逻辑概念。其实是一组共享了某些资源的容器。Pod 里的所有容器,共享的是同一个 Network Namespace,并且可以声明共享同一个 Volume

为了使同一个pod里的容器维持一个对等的关系,而不是一个拓扑关系(先后启动),所以需要一个中间容器,这个容器叫作 Infra 容器。在这个 Pod 中,Infra 容器永远都是第一个被创建的容器,而其他用户定义的容器,则通过 Join Network Namespace 的方式,与 Infra 容器关联在一起。

Infra 容器一定要占用极少的资源,所以它使用的是一个非常特殊的镜像,叫作:k8s.gcr.io/pause。这个镜像是一个用汇编语言编写的、永远处于“暂停”状态的容器,解压后的大小也只有 100~200 KB 左右。而在 Infra 容器“Hold 住”Network Namespace 后,用户容器就可以加入到 Infra 容器的 Network Namespace 当中了。

Pod的实现原理

所以,Pod 的生命周期只跟 Infra 容器一致,而与容器 A 和 B 无关。

共享 Volume

在下面这个例子中,debian-container 和 nginx-container 都声明挂载了 shared-data 这个 Volume。而 shared-data 是 hostPath 类型。所以,它对应在宿主机上的目录就是:/data。而这个目录,其实就被同时绑定挂载进了上述两个容器当中。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: two-containers
spec:
  restartPolicy: Never
  volumes:
  - name: shared-data
    hostPath:      
      path: /data
  containers:
  - name: nginx-container
    image: nginx
    volumeMounts:
    - name: shared-data
      mountPath: /usr/share/nginx/html
  - name: debian-container
    image: debian
    volumeMounts:
    - name: shared-data
      mountPath: /pod-data
    command: ["/bin/sh"]
    args: ["-c", "echo Hello from the debian container > /pod-data/index.html"]

容器设计模式

最典型的例子是:WAR 包与 Web 服务器。

把 WAR 包和 Tomcat 分别做成镜像,然后把它们作为一个 Pod 里的两个容器“组合”在一起。如下(需要做好镜像,在这里理解意思就行):

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: javaweb-2
spec:
  initContainers:
  - image: local/sample:v2
    name: war
    command: ["cp", "/sample.war", "/app"]
    volumeMounts:
    - mountPath: /app
      name: app-volume
  containers:
  - image: local/tomcat:7.0
    name: tomcat
    command: ["sh","-c","/root/apache-tomcat-7.0.42-v2/bin/start.sh"]
    volumeMounts:
    - mountPath: /root/apache-tomcat-7.0.42-v2/webapps
      name: app-volume
    ports:
    - containerPort: 8080
      hostPort: 8001 
  volumes:
  - name: app-volume
    emptyDir: {}

在这个 Pod 中,定义了两个容器,第一个WAR 包容器的类型不再是一个普通容器,而是一个 Init Container 类型的容器。,这个 WAR 包容器启动后,执行了一句"cp /sample.war /app",把应用的 WAR 包拷贝到 /app 目录下,然后退出。等 Tomcat 容器启动时,它的 webapps 目录下就一定会存在 sample.war 文件:这个文件正是 WAR 包容器启动时拷贝到这个 Volume 里面的,而这个 Volume 是被这两个容器共享的。

在 Pod 中,所有 Init Container 定义的容器,都会比 spec.containers 定义的用户容器先启动。并且,Init Container 容器会按顺序逐一启动,而直到它们都启动并且退出了,用户容器才会启动。

容器的日志收集

可以把一个 Pod 里的 Volume 挂载到应用容器的 /var/log 目录上,辅助容器就只需要做一件事儿,那就是不断地从自己的 /var/log 目录里读取日志文件,转发到 MongoDB 或者 Elasticsearch 中存储起来。这样,一个最基本的日志收集工作就完成了。

Pod的实现原理

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