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Pod对象基本概念

kaixindeken
2022-01-07 / 0 评论 / 0 点赞 / 34 阅读 / 5,505 字

Pod,而不是容器,才是 Kubernetes 项目中的最小编排单位。将这个设计落实到 API 对象上,容器(Container)就成了 Pod 属性里的一个普通的字段。那么,一个很自然的问题就是:到底哪些属性属于 Pod 对象,而又有哪些属性属于 Container 呢?

而 Pod 扮演的是传统部署环境里“虚拟机”的角色。这样的设计,是为了使用户从传统环境(虚拟机环境)向 Kubernetes(容器环境)的迁移,更加平滑。

而如果你能把 Pod 看成传统环境里的“机器”、把容器看作是运行在这个“机器”里的“用户程序”,那么很多关于 Pod 对象的设计就非常容易理解了。

比如,凡是调度、网络、存储,以及安全相关的属性,基本上是 Pod 级别的。

这些属性的共同特征是,它们描述的是“机器”这个整体,而不是里面运行的“程序”。比如,配置这个“机器”的网卡(即:Pod 的网络定义),配置这个“机器”的磁盘(即:Pod 的存储定义),配置这个“机器”的防火墙(即:Pod 的安全定义)。更不用说,这台“机器”运行在哪个服务器之上(即:Pod 的调度)。

NodeSelector:是一个供用户将 Pod 与 Node 进行绑定的字段,用法如下所示:


apiVersion: v1
kind: Pod
...
spec:
 nodeSelector:
   disktype: ssd

这样的一个配置,意味着这个 Pod 永远只能运行在携带了“disktype: ssd”标签(Label)的节点上;否则,它将调度失败。

NodeName:一旦 Pod 的这个字段被赋值,Kubernetes 项目就会被认为这个 Pod 已经经过了调度,调度的结果就是赋值的节点名字。所以,这个字段一般由调度器负责设置,但用户也可以设置它来“骗过”调度器,当然这个做法一般是在测试或者调试的时候才会用到。

HostAliases:定义了 Pod 的 hosts 文件(比如 /etc/hosts)里的内容,用法如下:


apiVersion: v1
kind: Pod
...
spec:
  hostAliases:
  - ip: "10.1.2.3"
    hostnames:
    - "foo.remote"
    - "bar.remote"
...

在这个 Pod 的 YAML 文件中,我设置了一组 IP 和 hostname 的数据。这样,这个 Pod 启动后,/etc/hosts 文件的内容将如下所示:


cat /etc/hosts
# Kubernetes-managed hosts file.
127.0.0.1 localhost
...
10.244.135.10 hostaliases-pod
10.1.2.3 foo.remote
10.1.2.3 bar.remote

其中,最下面两行记录,就是我通过 HostAliases 字段为 Pod 设置的。需要指出的是,在 Kubernetes 项目中,如果要设置 hosts 文件里的内容,一定要通过这种方法。否则,如果直接修改了 hosts 文件的话,在 Pod 被删除重建之后,kubelet 会自动覆盖掉被修改的内容。

除了上述跟“机器”相关的配置外,你可能也会发现,凡是跟容器的 Linux Namespace 相关的属性,也一定是 Pod 级别的。这个原因也很容易理解:Pod 的设计,就是要让它里面的容器尽可能多地共享 Linux Namespace,仅保留必要的隔离和限制能力。这样,Pod 模拟出的效果,就跟虚拟机里程序间的关系非常类似了。

举个例子,在下面这个 Pod 的 YAML 文件中,我定义了 shareProcessNamespace=true:


apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
spec:
  shareProcessNamespace: true
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
  - name: shell
    image: busybox
    stdin: true
    tty: true

这就意味着这个 Pod 里的容器要共享 PID Namespace。

而在这个 YAML 文件中,我还定义了两个容器:一个是 nginx 容器,一个是开启了 tty 和 stdin 的 shell 容器。

我在前面介绍容器基础时,曾经讲解过什么是 tty 和 stdin。而在 Pod 的 YAML 文件里声明开启它们俩,其实等同于设置了 docker run 里的 -it(-i 即 stdin,-t 即 tty)参数。

如果你还是不太理解它们俩的作用的话,可以直接认为 tty 就是 Linux 给用户提供的一个常驻小程序,用于接收用户的标准输入,返回操作系统的标准输出。当然,为了能够在 tty 中输入信息,你还需要同时开启 stdin(标准输入流)。

于是,这个 Pod 被创建后,你就可以使用 shell 容器的 tty 跟这个容器进行交互了。我们一起实践一下:

$ kubectl create -f nginx.yaml

接下来,我们使用 kubectl attach 命令,连接到 shell 容器的 tty 上:

$ kubectl attach -it nginx -c shell

这样,我们就可以在 shell 容器里执行 ps 指令,查看所有正在运行的进程:


$ kubectl attach -it nginx -c shell
/ # ps ax
PID   USER     TIME  COMMAND
    1 root      0:00 /pause
    8 root      0:00 nginx: master process nginx -g daemon off;
   14 101       0:00 nginx: worker process
   15 root      0:00 sh
   21 root      0:00 ps ax

可以看到,在这个容器里,我们不仅可以看到它本身的 ps ax 指令,还可以看到 nginx 容器的进程,以及 Infra 容器的 /pause 进程。这就意味着,整个 Pod 里的每个容器的进程,对于所有容器来说都是可见的:它们共享了同一个 PID Namespace。

类似地,凡是 Pod 中的容器要共享宿主机的 Namespace,也一定是 Pod 级别的定义,比如:


apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
spec:
  hostNetwork: true
  hostIPC: true
  hostPID: true
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
  - name: shell
    image: busybox
    stdin: true
    tty: true

在这个 Pod 中,我定义了共享宿主机的 Network、IPC 和 PID Namespace。这就意味着,这个 Pod 里的所有容器,会直接使用宿主机的网络、直接与宿主机进行 IPC 通信、看到宿主机里正在运行的所有进程。

当然,除了这些属性,Pod 里最重要的字段当属“Containers”了。而在上一篇文章中,我还介绍过“Init Containers”。其实,这两个字段都属于 Pod 对容器的定义,内容也完全相同,只是 Init Containers 的生命周期,会先于所有的 Containers,并且严格按照定义的顺序执行。

Kubernetes 项目中对 Container 的定义,和 Docker 相比并没有什么太大区别。我在前面的容器技术概念入门系列文章中,和你分享的 Image(镜像)、Command(启动命令)、workingDir(容器的工作目录)、Ports(容器要开发的端口),以及 volumeMounts(容器要挂载的 Volume)都是构成 Kubernetes 项目中 Container 的主要字段。不过在这里,还有这么几个属性值得你额外关注。

首先,是 ImagePullPolicy 字段。它定义了镜像拉取的策略。而它之所以是一个 Container 级别的属性,是因为容器镜像本来就是 Container 定义中的一部分。

ImagePullPolicy 的值默认是 Always,即每次创建 Pod 都重新拉取一次镜像。另外,当容器的镜像是类似于 nginx 或者 nginx:latest 这样的名字时,ImagePullPolicy 也会被认为 Always。

而如果它的值被定义为 Never 或者 IfNotPresent,则意味着 Pod 永远不会主动拉取这个镜像,或者只在宿主机上不存在这个镜像时才拉取。

其次,是 Lifecycle 字段。它定义的是 Container Lifecycle Hooks。顾名思义,Container Lifecycle Hooks 的作用,是在容器状态发生变化时触发一系列“钩子”。我们来看这样一个例子:


apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: lifecycle-demo
spec:
  containers:
  - name: lifecycle-demo-container
    image: nginx
    lifecycle:
      postStart:
        exec:
          command: ["/bin/sh", "-c", "echo Hello from the postStart handler > /usr/share/message"]
      preStop:
        exec:
          command: ["/usr/sbin/nginx","-s","quit"]

这是一个来自 Kubernetes 官方文档的 Pod 的 YAML 文件。它其实非常简单,只是定义了一个 nginx 镜像的容器。不过,在这个 YAML 文件的容器(Containers)部分,你会看到这个容器分别设置了一个 postStart 和 preStop 参数。这是什么意思呢?

先说 postStart 吧。它指的是,在容器启动后,立刻执行一个指定的操作。需要明确的是,postStart 定义的操作,虽然是在 Docker 容器 ENTRYPOINT 执行之后,但它并不严格保证顺序。也就是说,在 postStart 启动时,ENTRYPOINT 有可能还没有结束。

当然,如果 postStart 执行超时或者错误,Kubernetes 会在该 Pod 的 Events 中报出该容器启动失败的错误信息,导致 Pod 也处于失败的状态。

而类似地,preStop 发生的时机,则是容器被杀死之前(比如,收到了 SIGKILL 信号)。而需要明确的是,preStop 操作的执行,是同步的。所以,它会阻塞当前的容器杀死流程,直到这个 Hook 定义操作完成之后,才允许容器被杀死,这跟 postStart 不一样。

所以,在这个例子中,我们在容器成功启动之后,在 /usr/share/message 里写入了一句“欢迎信息”(即 postStart 定义的操作)。而在这个容器被删除之前,我们则先调用了 nginx 的退出指令(即 preStop 定义的操作),从而实现了容器的“优雅退出”。

在熟悉了 Pod 以及它的 Container 部分的主要字段之后,我再和你分享一下这样一个的 Pod 对象在 Kubernetes 中的生命周期

Pod 生命周期的变化,主要体现在 Pod API 对象的 Status 部分,这是它除了 Metadata 和 Spec 之外的第三个重要字段。其中,pod.status.phase,就是 Pod 的当前状态,它有如下几种可能的情况:

  • Pending。这个状态意味着,Pod 的 YAML 文件已经提交给了 Kubernetes,API 对象已经被创建并保存在 Etcd 当中。但是,这个 Pod 里有些容器因为某种原因而不能被顺利创建。比如,调度不成功。

  • Running。这个状态下,Pod 已经调度成功,跟一个具体的节点绑定。它包含的容器都已经创建成功,并且至少有一个正在运行中。

  • Succeeded。这个状态意味着,Pod 里的所有容器都正常运行完毕,并且已经退出了。这种情况在运行一次性任务时最为常见。

  • Failed。这个状态下,Pod 里至少有一个容器以不正常的状态(非 0 的返回码)退出。这个状态的出现,意味着你得想办法 Debug 这个容器的应用,比如查看 Pod 的 Events 和日志。

  • Unknown。这是一个异常状态,意味着 Pod 的状态不能持续地被 kubelet 汇报给 kube-apiserver,这很有可能是主从节点(Master 和 Kubelet)间的通信出现了问题。

更进一步地,Pod 对象的 Status 字段,还可以再细分出一组 Conditions。这些细分状态的值包括:PodScheduled、Ready、Initialized,以及 Unschedulable。它们主要用于描述造成当前 Status 的具体原因是什么。

比如,Pod 当前的 Status 是 Pending,对应的 Condition 是 Unschedulable,这就意味着它的调度出现了问题。

而其中,Ready 这个细分状态非常值得我们关注:它意味着 Pod 不仅已经正常启动(Running 状态),而且已经可以对外提供服务了。这两者之间(Running 和 Ready)是有区别的,你不妨仔细思考一下。

Pod 的这些状态信息,是我们判断应用运行情况的重要标准,尤其是 Pod 进入了非“Running”状态后,你一定要能迅速做出反应,根据它所代表的异常情况开始跟踪和定位,而不是去手忙脚乱地查阅文档。

总结

实际上,Pod API 对象是整个 Kubernetes 体系中最核心的一个概念,也是后面我讲解各种控制器时都要用到的。

$GOPATH/src/k8s.io/kubernetes/vendor/k8s.io/api/core/v1/types.go 里,type Pod struct ,尤其是 PodSpec 部分的内容。争取做到下次看到一个 Pod 的 YAML 文件时,不再需要查阅文档,就能做到把常用字段及其作用信手拈来。

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