【kubernetes】关于云原生之k8s集群的pod理论详解

一个Pod下的容器必须运行于同一节点上。现代容器技术建议一个容器只运行一个进程，该进程在容器中PID命令空间中的进程号为1，可直接接收并处理信号，进程终止时容器生命周期也就结束了。若想在容器内运行多个进程，需要有一个类似Linux操作系统init进程的管控类进程，以树状结构完成多进程的生命周期管理。运行于各自容器内的进程无法直接完成网络通信，这是由于容器间的隔离机制导致，k8s中的Pod资源抽象正是解决此类问题，Pod对象是一组容器的集合，这些容器共享Network、UTS及IPC命令空间，因此具有相同的域名、主机名和网络接口，并可通过IPC直接通信。

Pod资源中针对各容器提供网络命令空间等共享机制的是底层基础容器pause，基础容器（也可称为父容器）pause就是为了管理Pod容器间的共享操作，这个父容器需要能够准确地知道如何去创建共享运行环境的容器，还能管理这些容器的生命周期。为了实现这个父容器的构想，kubernetes中，用pause容器来作为一个Pod中所有容器的父容器。这个pause容器有两个核心的功能：

pause容器有两个核心的功能

一是它提供整个Pod的Linux命名空间的基础。
二来启用PID命名空间，它在每个Pod中都作为PID为1进程（init进程），并回收僵尸进程

pause容器使得Pod中的所有容器可以共享两种资源：网络和存储

●网络：

每个Pod都会被分配一个唯一的IP地址。
Pod中的所有容器共享网络空间，包括IP地址和端口。
Pod内部的容器可以使用localhost互相通信。
Pod中的容器与外界通信时，必须分配共享网络资源（例如使用宿主机的端口映射）。

●存储：

Pod可以指定多个共享的Volume。
Pod中的所有容器都可以访问共享的Volume。
Volume也可以用来持久化Pod中的存储资源，以防容器重启后文件丢失。

每个Pod都有一个特殊的被称为“基础容器”的Pause容器。Pause容器对应的镜像属于Kubernetes平台的一部分，除了Pause容器，每个Pod还包含一个或者多个紧密相关的用户应用容器。

docker ps

kubernetes中的pause容器主要为每个容器提供以下功能：

在pod中担任Linux命名空间（如网络命令空间）共享的基础；
启用PID命名空间，开启init进程。

协调他的容器生命周期、提供健康检查和生存探针

Kubernetes设计这样的Pod概念和特殊组成结构有什么用意？？？？？

原因一：在一组容器作为一个单元的情况下，难以对整体的容器简单地进行判断及有效地进行行动。比如，一个容器死亡了那么引入与业务无关的Pause容器作为Pod的基础容器，以它的状态代表着整个容器组的状态，这样就可以解决该问题。
原因二：Pod里的多个应用容器共享Pause容器的IP，共享Pause容器挂载的Volume，这样简化了应用容器之间的通信问题，也解决了容器之间的文件共享问题。

1.4通常把Pod分为两类

1.4.1自主式Pod

这种Pod本身是不能自我修复的，当Pod被创建后（不论是由你直接创建还是被其他Controller），都会被Kuberentes调度到集群的Node上。直到Pod的进程终止、被删掉、因为缺少资源而被驱逐、或者Node故障之前这个Pod都会一直保持在那个Node上。Pod不会自愈。如果Pod运行的Node故障，或者是调度器本身故障，这个Pod就会被删除。同样的，如果Pod所在Node缺少资源或者Pod处于维护状态，Pod也会被驱逐。

由scheduler调度到node节点创建，但是没有自愈能力，一旦pod删除或异常退出, 不会被重新拉起。而且副本数量不会因为达不到期望值而创建新的pod,没有控制器管理，也没有副本和滚动更新的功能,数据保存在节点上，一旦挂掉，直接结束生命周期

kubectl run pod-zzz01 --image=nginx:1.18 --port=80

1.4.2控制器管理的Pod

Kubernetes使用更高级的称为Controller的抽象层，来管理Pod实例。Controller可以创建和管理多个Pod，提供副本管理、滚动升级和集群级别的自愈能力。例如，如果一个Node故障，Controller就能自动将该节点上的Pod调度到其他健康的Node上。虽然可以直接使用Pod，但是在Kubernetes中通常是使用Controller来管理Pod的。

由scheduler调度到node节点，如果一旦pod被删除或异常退出，控制器会拉起pod让其保持为期望的副本数。也就是说pod出现问题（删除、故障等）会重新拉起新的pod,这类pod可以有副本数和滚动更新的功能

基于pod控制器创建pod

kubectl create deployment pod-zzz02 --image=nginx:1.18 --port=80 --replicas=2

删除pod验证会被重新拉起

因为Deployment通常用于管理Pod的副本集，而不是单个Pod。

二、Pod容器的分类

2.1基础容器（infrastructure container）

维护整个 Pod 网络和存储空间
node 节点中操作
//启动一个Pod时，k8s会自动启动一个基础容器
cat /opt/kubernetes/cfg/kubelet
......
--pod-infra-container-image=registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google-containers/pause-amd64:3.0"

每次创建 Pod 时候就会创建，运行的每一个Pod都有一个 pause-amd64 的基础容器自动会运行，对于用户是透明的
docker ps -a
registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google-containers/pause-amd64:3.0 "/pause"

2.2初始化容器（initcontainers）

Init容器必须在应用程序容器启动之前运行完成，而应用程序容器是并行运行的，所以Init容器能够提供了一种简单的阻塞或延迟应用容器的启动的方法。

Init 容器与普通的容器非常像，除了以下两点：

Init 容器总是运行到成功完成为止
每个 Init 容器都必须在下一个 Init 容器启动之前成功完成启动和退出

如果 Pod 的 Init 容器失败，k8s 会不断地重启该 Pod，直到 Init 容器成功为止。然而，如果 Pod 对应的重启策略（restartPolicy）为 Never，它不会重新启动。

init 的容器作用

因为init容器具有与应用容器分离的单独镜像，其启动相关代码具有如下优势：

●Init 容器可以包含一些安装过程中应用容器中不存在的实用工具或个性化代码。例如，没有必要仅为了在安装过程中使用类似 sed、 awk、 python 或 dig 这样的工具而去FROM 一个镜像来生成一个新的镜像。

●Init 容器可以安全地运行这些工具，避免这些工具导致应用镜像的安全性降低。

●应用镜像的创建者和部署者可以各自独立工作，而没有必要联合构建一个单独的应用镜像。

●Init 容器能以不同于Pod内应用容器的文件系统视图运行。因此，Init容器可具有访问 Secrets(相当于密钥) 的权限，而应用容器不能够访问。

●由于 Init 容器必须在应用容器启动之前运行完成，因此 Init 容器提供了一种机制来阻塞或延迟应用容器的启动，直到满足了一组先决条件。一旦前置条件满足，Pod内的所有的应用容器会并行启动。

2.3应用容器（Maincontainer）

并行启动

应用容器（业务容器/main container）：提供应用程序业务

应用容器是在所有init容器都成功的完成启动退出后才会启动；如果Pod定义了多个应用容器，它们是并行启动的

官网示例：
https://kubernetes.io/zh-cn/docs/concepts/workloads/pods/init-containers/

三、实战-------启动两个init容器

3.1在mnt下创建demo文件夹,方便管理
mkdir /mnt/demo/

cd /mnt/demo/

3.2编辑demo1

官网示例：https://kubernetes.io/zh-cn/docs/concepts/workloads/pods/init-containers/

定义了一个具有 2 个 Init 容器的简单 Pod。第一个等待 myservice 启动，第二个等待 mydb 启动。一旦这两个 Init容器都启动完成，Pod 将启动 spec 中的应用容器。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myapp-pod
  labels:
    spp: 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;']

kubectl apply  -f demo1.yaml #构建资源

kubectl get pods|grep myapp

目前的init状态是0/2，我们排查错误问题，可以去查看pod的相关信息

3.3解决问题

过滤出myapp

查看pod详细信息

查看日志信息查看日志信息

我们发现是无法解析myservice，查看Coredns是否正常

kubectl get pod -n kube-system

再查看Service是否正常、发现没有init的service服务，需要创建一个server

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: myservice
spec:
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 80
  selector:
    name: zzz

创建资源

启动文件后，再次查看pod有相应服务

使用同样的方法修改init-mydb的配置

kubectl describe pod myapp-pod

查看日志信息

kubectl logs myapp-pod -c init-mydb

编辑svc-demo1文件

执行文件后，需要等pod创建完

先运行init初始化容器，init初始化容器成功后，应用容器就启动成功了

init容器无论写哪里，都先执行初始化容器，init容器按写的上下顺序执行

关于pod容器启动说明

在Pod启动过程中，Init容器会按顺序在网络和数据卷初始化之后启动。每个容器必须在下一个容器启动之前成功退出。
如果由于运行时或失败退出，将导致容器启动失败，它会根据Pod的restartPolicy指定的策略进行重试。然而，如果Pod的restartPolicy设置为Always，Init容器失败时会使用RestartPolicy策略。
在所有的Init容器没有成功之前，Pod将不会变成Ready状态。Init容器的端口将不会在Service中进行聚集。正在初始化中的Pod处于Pending状态，但应该会将Initializing状态设置为true。
如果Pod重启，所有Init容器必须重新执行。
对Init容器spec的修改被限制在容器image字段，修改其他字段都不会生效。更改Init容器的image字段，等价于重启该Pod。
Init容器具有应用容器的所有字段。除了readinessProbe，因为Init容器无法定义不同于完成（completion）的就绪（readiness）之外的其他状态。这会在验证过程中强制执行。
在Pod中的每个app和Init容器的名称必须唯一；与任何其它容器共享同一个名称，会在验证时抛出错误。

3.4pod容器分类汇总

pause容器（基础容器/父容器/根容器）：
给Pod容器组做环境初始化，功能具体见上
pause容器是Pod最先启动的容器
                                     
init容器（初始化容器/init container）：
可以在应用容器启动前，为应用容器提供运行依赖环境或工具包；还可以阻塞或延迟应用容器的启动
init容器是在pause容器之后启动的；如果Pod定义了多个init容器，它们是串行启动的，即要在上一个init容器成功的完成启动退出后才会启动下一个init容器
 
应用容器（业务容器/main container）：
提供应用程序业务
应用容器是在所有init容器都成功的完成启动退出后才会启动；如果Pod定义了多个应用容器，它们是并行启动的

四、镜像拉取策略（image PullPolicy）

Pod 的核心是运行容器，必须指定容器引擎，比如 Docker，启动容器时，需要拉取镜像，k8s 的镜像拉取策略可以由用户指定：

IfNotPresent：在镜像已经存在的情况下，kubelet 将不再去拉取镜像，仅当本地缺失时才从仓库中拉取，默认的镜像拉取策略
Always：每次创建 Pod 都会重新拉取一次镜像；
Never：Pod 不会主动拉取这个镜像，仅使用本地镜像。

注意：对于标签为“:latest”的镜像文件，其默认的镜像获取策略即为“Always”；而对于其他标签的镜像，其默认策略则为“IfNotPresent”。

nginx:latest

注意：

image nginx:latest或nginx 镜像的标签为latest或者无标签时，默认拉取镜像策略为always

nginx:1.14 镜像的标签为非latest时，默认的镜像为获取策略为IfNotPresent

官方示例：
https://kubernetes.io/docs/concepts/containers/images

4.1配置Always

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-test1
spec:
  containers:
    - name: nginx
      image: nginx
      imagePullPolicy: Always
      command: [ "echo", "SUCCESS"]

默认拉取nginx镜像，镜像重启策略为Always，会一直重启；此时 Pod 的状态异常，原因是 echo 执行完进程终止，容器生命周期也就结束了

kubectl describe pod pod-test1

可以发现 Pod 中的容器在生命周期结束后，由于 Pod 的重启策略为 Always，容器再次重启了，并且又重新开始拉取镜像

4.2配置IfNotPresent

注意：

image nginx:latest或nginx 镜像的标签为latest或者无标签时，默认拉取镜像策略为always

nginx:1.14 镜像的标签为非latest时，默认的镜像为获取策略为IfNotPresent

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-test1
spec:
  containers:
    - name: nginx
      image: nginx:1.18
    # imagePullPolicy: Always
      command: [ "echo", "SUCCESS"]

4.3配置Never

设置镜像版本：nginx:1.18

imagePullPolicy：Never

拉取策略为Never，是默认拉取本地的镜像，由于本地没有Ninx:1.18镜像，所以pod启动失败

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-test1
spec:
  containers:
    - name: nginx
      image: nginx:1.18
      imagePullPolicy: Never
      command: [ "echo", "SUCCESS"]

kubectl describe pod pod-test1

这里我们可以看到拉取Nginx:1.18镜像失败

设置镜像为空

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-test1
spec:
  containers:
    - name: nginx
      image: nginx
    # imagePullPolicy: Always
      command: [ "echo", "SUCCESS"]

kubectl delete pod pod-test1 

kubectl apply -f demo2.yaml

五、重启策略（restartPolicy）

当 Pod 中的容器退出时通过节点上的 kubelet 重启容器。适用于 Pod 中的所有容器。

Always：当Pod容器退出时总是重启容器，无论容器退出状态码如何。是默认的容器重启策略
OnFailure：当容器异常退出（退出状态码非0）时，重启容器；正常退出则不重启容器
Never：当Pod容器退出时，总是不重启容器，无论容器退出状态码如何

#注意：K8S 中不支持重启 Pod 资源，只有删除重建

5.1配置Always

查看Pod状态，等容器启动后30秒后执行exit退出进程进入error状态，就会重启次数加1

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: foo
spec:
  containers:
  - name: busybox
    image: busybox
    args:
    - /bin/sh
    - -c
    - sleep 30;

查看重启策略

总是重启，无论正常退出还是异常退出都会重启容器

5.2配置OnFailure

OnFailure模式会按要求进行退出，容器异常退出重启，正常退出的话，则不重启

在Kubernetes的Pod定义文件中，exit 3是不合法的命令，因为Pod中的容器不应该主动退出。相反，容器应该运行需要的服务或应用程序，并保持运行状态直到其完成或被终止。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: foo
spec:
  containers:
  - name: busybox
    image: busybox
    args:
    - /bin/sh
    - -c
    - sleep 10; exit 3
  restartPolicy: OnFailure

kubectl get pod -w

可以动态监测

过滤重启策略

验证正常退出不重启

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: foo
spec:
  containers:
  - name: busybox
    image: busybox
    args:
    - /bin/sh
    - -c
    - sleep 10;
  restartPolicy: OnFailure

5.3配置Never

异常退出不重启

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: foo
spec:
  containers:
  - name: busybox
    image: busybox
    args:
    - /bin/sh
    - -c
    - sleep 10; exit 3
  restartPolicy: Never

kubectl get pod foo -o yaml|grep -i restart #不区分大小过滤重启策略

验证正常退出也不重启

1、pod 的组成
① Pod 中有几种容器
init 初始化，阻塞主容器运行，初始化后方可运行主容器
pause 基础容器：提供network 的 namespace 和共享存储
业务容器：跑Pod 主应用
（POD中跑什么：微服务、数据库、监控、日志分析、mq、业务网关-类似Nginx的功能 SDK WSGI CGI等接口或协议的支持）

② Pod内网络环境
共享形式，类似于docker-container 模式通过localhost 通讯

2、pod的本身性质（pod的种类与说明）
① 自主式pod:没有自愈能力( Pod被删除后不会重启拉起新的pod）

② 控制器管理的pod:有自愈能力( Pod被删除后会重启拉起新的pod）

命令
3、k8s中如何查看命名空间ky35中的pod的IP
kubectl get pods -n ky35 -o wide

4、k8s 中pod无法启动怎么排查原因？
kubectl describe pod

kubectl logs