K8S Learning（11）——Pod生命周期

一、Pod生命周期

一般将pod对象从创建至终的这段时间范围称为pod的生命周期，它主要包含下面的过程：

pod创建过程
运行初始化容器（init container）过程
运行主容器（main container）
- 容器启动后钩子（post start）、容器终止前钩子（pre stop）
- 容器的存活性探测（liveness probe）、就绪性探测（readiness probe）
pod终止过程

在整个生命周期中，Pod会出现5种状态，分别如下：

挂起（Pending）：apiserver已经创建了pod资源对象，但它尚未被调度完成或者仍处于下载镜像的过程中
运行中（Running）：pod已经被调度至某节点，并且所有容器都已经被kubelet创建完成
成功（Succeeded）：pod中的所有容器都已经成功终止并且不会被重启
失败（Failed）：所有容器都已经终止，但至少有一个容器终止失败，即容器返回了非0值的退出状态
未知（Unknown）：apiserver无法正常获取到pod对象的状态信息，通常由网络通信失败所导致

二、创建和终止

（1）pod的创建过程

用户通过kubectl或其他api客户端提交需要创建的pod信息给apiServer
apiServer开始生成pod对象的信息，并将信息存入etcd，然后返回确认信息至客户端
apiServer开始反映etcd中的pod对象的变化，其它组件使用watch机制来跟踪检查apiServer上的变动
scheduler发现有新的pod对象要创建，开始为Pod分配主机并将结果信息更新至apiServer
node节点上的kubelet发现有pod调度过来，尝试调用docker启动容器，并将结果回送至apiServer
apiServer将接收到的pod状态信息存入etcd中

（2）pod的终止过程

用户向apiServer发送删除pod对象的命令
apiServcer中的pod对象信息会随着时间的推移而更新，在宽限期内（默认30s），pod被视为dead
将pod标记为terminating状态
kubelet在监控到pod对象转为terminating状态的同时启动pod关闭过程
端点控制器监控到pod对象的关闭行为时将其从所有匹配到此端点的service资源的端点列表中移除
如果当前pod对象定义了preStop钩子处理器，则在其标记为terminating后即会以同步的方式启动执行
pod对象中的容器进程收到停止信号
宽限期结束后，若pod中还存在仍在运行的进程，那么pod对象会收到立即终止的信号
kubelet请求apiServer将此pod资源的宽限期设置为0从而完成删除操作，此时pod对于用户已不可见

三、初始化容器

初始化容器是在pod的主容器启动之前要运行的容器，主要是做一些主容器的前置工作，它具有两大特征：

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
初始化容器必须按照定义的顺序执行，当且仅当前一个成功之后，后面的一个才能运行

初始化容器有很多的应用场景，下面列出的是最常见的几个：

提供主容器镜像中不具备的工具程序或自定义代码
初始化容器要先于应用容器串行启动并运行完成，因此可用于延后应用容器的启动直至其依赖的条件得到满足

接下来做一个案例，模拟下面这个需求：

假设要以主容器来运行tomcat，但是要求在运行tomcat之前先要能够连接上ip1和ip2所在服务器

规定好ip1(192.168.31.129)和ip2(192.168.31.130)服务器的地址

创建pod-init.yaml，内容如下：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: pod-initnamespace: mk
spec:containers:- name: tomcatimage: tomcat:lastestports: - name: tomcat-portcontainerPort: 8080initContainers:- name: test-ip1image: busybox:lastestcommand: ['sh', '-c', 'until ping 192.168.31.129 -c 1 ; do echo doing ping 192.168.31.129 ; sleep 2; done;']- name: test-ip2image: busybox:lastestcommand: ['sh', '-c', 'until ping 192.168.31.130 -c 1 ; do echo  doing ping 192.168.31.130 ; sleep 2; done;']

# 创建pod
kubectl create -f pod-init.yaml
# 查看pod状态
# 发现pod卡在启动第一个初始化容器过程中，后面的容器不会运行
kubectl describe pod  pod-init -n mk# 动态查看pod
kubectl get pods pod-init -n mk -w# 接下来为当前服务器新增两个ip，观察pod的状态变化
ifconfig eth0:1 192.168.31.129 netmask 255.255.255.0 up
ifconfig eth0:2 192.168.31.130 netmask 255.255.255.0 up

四、钩子函数

钩子函数能够感知自身生命周期中的事件，并在相应的时刻到来时运行用户指定的程序代码。

kubernetes在主容器的启动之后和停止之前提供了两个钩子函数：

post start：容器创建之后执行，如果失败了会重启容器
pre stop ：容器终止之前执行，执行完成之后容器将成功终止，在其完成之前会阻塞删除容器的操作

钩子处理器支持使用下面三种方式定义动作：

Exec命令：在容器内执行一次命令

……lifecycle:postStart: exec:command:- cat- /tmp/start.log
……

TCPSocket：在当前容器尝试访问指定的socket

……      lifecycle:postStart:tcpSocket:port: 8080
……

HTTPGet：在当前容器中向某url发起http请求

……lifecycle:postStart:httpGet:path: / #URI地址port: 80 #端口号host: 192.168.31.129 #主机地址scheme: HTTP #支持的协议，http或者https
……

接下来，以exec方式为例，演示下钩子函数的使用，创建pod-exec.yaml文件，内容如下：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: pod-execnamespace: mk
spec:containers:- name: tomcatimage: tomcat:lastestports:- name: tomcat-portcontainerPort: 8080lifecycle:postStart: exec: # 在容器启动的时候执行一个命令，打日志command: ["/bin/sh", "-c", "echo postStart... > /tmp/postStart.log"]preStop:exec: # 在容器停止之前停止tomcat服务command: [["/bin/sh", "-c", "/usr/local/tomcat/bin/shutdown.sh"]

# 创建pod
kubectl create -f pod-exec.yaml# 查看pod
kubectl get pods  pod-exec -n mk -o wide# 访问pod
kubectl exec -ti   pod-exec -n mk  /bin/sh 
cat /tmp/postStart.log

五、容器探测

容器探测用于检测容器中的应用实例是否正常工作，是保障业务可用性的一种传统机制。如果经过探测，实例的状态不符合预期，那么kubernetes就会把该问题实例" 摘除 "，不承担业务流量。kubernetes提供了两种探针来实现容器探测，分别是：

liveness probes：存活性探针，用于检测应用实例当前是否处于正常运行状态，如果不是，k8s会重启容器
readiness probes：就绪性探针，用于检测应用实例当前是否可以接收请求，如果不能，k8s不会转发流量

livenessProbe 决定是否重启容器，readinessProbe 决定是否将请求转发给容器。

上面两种探针目前均支持三种探测方式：

Exec命令：在容器内执行一次命令，如果命令执行的退出码为0，则认为程序正常，否则不正常
```
……livenessProbe:exec:command:- cat- /tmp/test
……
```
TCPSocket：将会尝试访问一个用户容器的端口，如果能够建立这条连接，则认为程序正常，否则不正常
```
……      livenessProbe:tcpSocket:port: 8080
……
```

HTTPGet：调用容器内Web应用的URL，如果返回的状态码在200和399之间，则认为程序正常，否则不正常

……livenessProbe:httpGet:path: / #URI地址port: 8080 #端口号host: 127.0.0.1 #主机地址scheme: HTTP #支持的协议，http或者https
……

下面以liveness probes为例：

（1）Exec

创建pod-exec.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: pod-execnamespace: mk
spec:containers:- name: tomcatimage: tomcat:lastetsports: - name: tomcat-portcontainerPort: 8080livenessProbe:exec:command: ["/bin/cat","/tmp/start.log"] # 执行一个查看文件的命令

创建pod，观察效果

# 创建Pod
kubectl create -f pod-exec.yaml
# 查看Pod详情
kubectl describe pods pod-exec -n mk# 观察上面的信息就会发现tomcat容器启动之后就进行了健康检查
# 检查失败之后，容器被kill掉，然后尝试进行重启（这是重启策略的作用，后面讲解）
# 稍等一会之后，再观察pod信息，就可以看到RESTARTS不再是0，而是一直增长
kubectl get pods pod-exec -n mk

当然接下来，可以修改成一个存在的文件，比如/etc/hosts，再试，结果就正常

（2）TCPSocket

创建pod-tcpsocket.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: pod-tcpsocketnamespace: mk
spec:containers:- name: tomcatimage: tomcat:lastestports: - name: tomcat-portcontainerPort: 8080livenessProbe:tcpSocket:port: 8081 # 尝试访问8081端口

创建pod，观察效果

# 创建Pod
kubectl create -f pod-tcpsocket.yaml

# 查看Pod详情
kubectl describe pods pod-tcpsocket -n mk# 观察上面的信息，发现尝试访问8081端口,但是失败了
# 稍等一会之后，再观察pod信息，就可以看到RESTARTS不再是0，而是一直增长
kubectl get pods pod-liveness-tcpsocket  -n mk

当然接下来，可以修改成一个可以访问的端口，比如8080，再试，结果就正常

（3）HTTPGet

创建pod-get.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: pod-getnamespace: mk
spec:containers:- name: tomcatimage: tomcat:lastestports:- name: tomcat-portcontainerPort: 8080livenessProbe:httpGet:  # 其实就是访问http://127.0.0.1:8080/scheme: HTTP #支持的协议，http或者httpsport: 8080 #端口号path: /test  #URI地址

创建pod，观察效果

# 创建Pod
kubectl create -f pod-get.yaml

# 查看Pod详情
kubectl describe pod pod-get -n mk# 观察上面信息，尝试访问路径，但是未找到,出现404错误
# 稍等一会之后，再观察pod信息，就可以看到RESTARTS不再是0，而是一直增长
kubectl get pod pod-get -n mk

# 当然接下来，可以修改成一个可以访问的路径path，比如/，再试，结果就正常

查看livenessProbe的子属性，除了这三种方式，还有一些其他的配置：

kubectl explain pod.spec.containers.livenessProbe
FIELDS:exec <Object>  tcpSocket    <Object>httpGet      <Object>initialDelaySeconds  <integer>  # 容器启动后等待多少秒执行第一次探测timeoutSeconds       <integer>  # 探测超时时间。默认1秒，最小1秒periodSeconds        <integer>  # 执行探测的频率。默认是10秒，最小1秒failureThreshold     <integer>  # 连续探测失败多少次才被认定为失败。默认是3。最小值是1successThreshold     <integer>  # 连续探测成功多少次才被认定为成功。默认是1

下面稍微配置两个：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: pod-getnamespace: mk
spec:containers:- name: tomcatimage: tomcat:lastestports:- name: tomcat-portcontainerPort: 8080livenessProbe:httpGet:scheme: HTTPport: 8080path: /initialDelaySeconds: 50 # 容器启动后50s开始探测timeoutSeconds: 8 # 探测超时时间为8s

六、重启策略

一旦容器探测出现了问题，kubernetes就会对容器所在的Pod进行重启，其实这是由pod的重启策略决定的，pod的重启策略有 3 种，分别如下：

Always ：容器失效时，自动重启该容器，这也是默认值。
OnFailure ：容器终止运行且退出码不为0时重启
Never ：不论状态为何，都不重启该容器

重启策略适用于pod对象中的所有容器，首次需要重启的容器，将在其需要时立即进行重启，随后再次需要重启的操作将由kubelet延迟一段时间后进行，且反复的重启操作的延迟时长以此为10s、20s、40s、80s、160s和300s，300s是最大延迟时长。

创建pod-restartpolicy.yaml：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: pod-restartpolicynamespace: mk
spec:containers:- name: tomcatimage: tomcat:lastestports:- name: tomcat-portcontainerPort: 8080livenessProbe:httpGet:scheme: HTTPport: 8080path: /testrestartPolicy: Never # 设置重启策略为Never

运行Pod测试

# 创建Pod
kubectl create -f pod-restartpolicy.yaml# 查看Pod详情，发现nginx容器失败kubectl  describe pods pod-restartpolicy  -n mk# 观察pod的重启次数，发现一直是0，并未重启   
kubectl  get pods pod-restartpolicy -n mk