k8s 读书笔记 - 初始化容器 Init Container

Posted 2022-09-09 dotNET跨平台

Init Container 概述

Init Container（Init 容器） 是一种特殊容器，在 Pod 内的应用容器启动之前运行，执行相关的初始化操作。Init 容器可以包括一些应用镜像中不存在的 实用工具 和 安装脚本 。

每个 Pod 中可以包含一个或多个容器， App 应用运行在这些 Container 容器里面，同样 Pod 中的 Init 容器 也可以有一个或多个（先于应用容器启动），用于完成应用容器所需的预置条件，如下图所示：

pod 生命周期

Init 容器与 应用容器非常像（在本质上是一样的），除了以下特点：

• • 它们仅运行一次就结束的任务，总是运行到成功完成。

• • 每个 Init Container 都必须在下一个启动之前成功完成才能继续执行。

说明：多个 Init 容器 存在的情况，这些 Init 容器 会按先后顺序 线性执行，并且每个 Init 容器 必须成功完成，下一个 Init 容器 才能执行；而多个应用容器可 并行执行。

依据 Pod 的重启策略（RestartPolicy），如果 Pod 的 Init 容器失败，并且Pod 设置了 RestartPolicy=Never 时，则 Kubernetes 会将整个 Pod 状态设置为失败。而设置了 RestartPolicy=Always 时，kubelet 会不断地重启该 Init 容器直到该容器成功为止。

Init Container 应用场景

讲解了 Init Container 的使用，接下来介绍 Init Container 有哪些应用场景。

在很多的应用场景中，应用在启动之前都需要执行如下初始化操作：

• • 等待其他关联组件运行（例如：数据库或某个后台服务）。

• • 基于环境变量（env）或者配置模板生成配置文件。

• • 从远程数据库获取本地所需的配置信息（类似配置中心），或者将自身注册到某个中央数据库中（类似服务注册）。

• • 下载相关依赖包，或者对系统进行一些预配置操作。

• • 应用 Init Container 对集群环境进行故障排查。与其他几种应用场景相比较特殊。

关于这些应用场景的示例，这里不再详述，生产环境中依据自己的实际情况按照示例配置使用即可。

• • 《应用 Init Container 故障排查》：https://kubernetes.io/zh-cn/docs/tasks/debug/debug-application/debug-init-containers/

如何使用 Init Container ?

为 Pod 设置 Init Container 需要在 Pod spec 规约 中添加 initContainers 字段， 该字段以 Container 类型对象数组的形式组织，和应用的 containers 数组同级相邻。

Init Container 的状态在 status.initContainerStatuses 字段中以容器状态数组的格式返回 （类似 status.containerStatuses 字段）。

示例一

举例：定义一个具有 2 个 Init Container 的简单 Pod。第一个等待 init-myservice 启动， 第二个等待 init-mydb 启动。一旦这两个 Init Container 都启动完成，Pod 将启动 spec 节中的应用容器。 myapp-pod.yaml 文件定义如下所示：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myapp-pod
  labels:
    app.kubernetes.io/name: 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.$(cat /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount/namespace).svc.cluster.local; do echo waiting for myservice; sleep 2; done"]
  - name: init-mydb
    image: busybox:1.28
    command: ['sh', '-c', "until nslookup mydb.$(cat /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount/namespace).svc.cluster.local; do echo waiting for mydb; sleep 2; done"]

执行命令创建上面定义的 Pod：

kubectl apply -f myapp-pod.yaml
pod/myapp-pod created

检查该 Pod 状态信息：

kubectl get -f  myapp-pod.yaml

输出信息：

NAME        READY     STATUS     RESTARTS   AGE
myapp-pod   0/1       Init:0/2   0          6m

查看 Pod 更多详细信息：

kubectl describe -f myapp-pod.yaml

查看 Pod 内 Init 容器的日志：

kubectl logs myapp-pod -c init-myservice  # 查看第一个 Init 容器
kubectl logs myapp-pod -c init-mydb       # 查看第二个 Init 容器

说明：通过查看 Pod 状态、详细信息或者内部的 Init 容器日志，可以进一步的排查 Pod 异常的原因。

从上面输出的信息中，可以看到 STATUS  的值为 Init:0/2  ，说明该 Pod 内有 2 个 Init Container，并且 Pod 的 READY  为 0/1 未就绪态，原因是由于我们定义的 2 个 Init Container 需要对应的 Service 依赖，接下来我们继续创建对应的 Service，myapp-pod-initc-svc.yaml 文件定义如下：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: myservice
spec:
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 9376
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mydb
spec:
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 9377

执行命令 创建 mydb 和 myservice 服务：

kubectl create -f myapp-pod-initc-svc.yaml

输出信息：

service "myservice" created
service "mydb" created

然后我们再次查看 Pod 状态信息：

kubectl get -f  myapp-pod.yaml

输出信息：

NAME        READY     STATUS    RESTARTS   AGE
myapp-pod   1/1       Running   0          9m

看到 Pod 的 STATUS 的值为 Running 并且 READY 为 1/1 ，此时说明该 Pod 创建成功，就绪态可提供服务了。

理解 Pod 的状态

以 Init: 开头的 Pod 状态汇总了 Init 容器 执行的状态。下表介绍调试 Init 容器时可能看到的一些状态值示例。

状态	含义
Init:N/M	Pod 包含 M 个 Init 容器，其中 N 个已经运行完成。
Init:Error	Init 容器已执行失败。
Init:CrashLoopBackOff	Init 容器执行总是失败。
Pending	Pod 还没有开始执行 Init 容器。
PodInitializing or Running	Pod 已经完成执行 Init 容器。

示例二

以 nginx 为例，在启动 Nginx 之前，通过初始化容器 busybox 为 Nginx 创建一个 index.html 主页文件。

说明：此处 init container 和 Nginx 设置了一个共享的 Volume，提供 Nginx 访问 init container 设置的 index.html 文件。

nginx-initc.yaml 文件定义如下：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myNginx
  labels:
    app.kubernetes.io/name: myNginx
spec:
  initContainers:
  - name: init-install
    image: busybox:1.34.1
    command: 
    - wget
    - "-O"
    - "/work-dir/index.html"
    - http://kubernetes.io
    volumeMounts:
    - mountPath: "/workdir"
      name: workdir
  containers:
  - name: myNginx-container
    image: nginx:1.23.1-alpine
    ports: 
    - containerPort: 80
    volumeMounts:
    - mountPath: "/usr/share/nginx/html"
      name: workdir
    dnsPolicy: Default
  volumes:
  - name: workdir
    emptyDir: 

创建 nginx-initc.yaml 文件定义的 Pod：

kubectl create -f nginx-initc.yaml

输出信息：

pod "myNginx" created

查看 Pod 信息：

kubectl get pods

查看 Pod 详细信息：

kubectl describe pod myNginx

启动成功后，登录 Nginx 容器，可以看到 /usr/share/nginx/html 目录下的 index.html 文件为 init container 所生成，其内容为（如下伪代码）Kubernetes 的官网首页：

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>Kubernetes</title>
</head>
<body>
    <H1>Production-Grade Container Orchestration</H1>
    <script src="/js/xxx.js"></script>
</body>
</html>

与普通容器的区别

Init 容器 支持应用容器的全部字段和特性，包括资源限制、数据卷和安全设置。然而，Init 容器对资源请求和限制的处理稍有不同，在下面资源节有说明。

同时 Init 容器 不支持 lifecycle、livenessProbe、readinessProbe 和 startupProbe， 因为它们必须在 Pod 就绪之前运行完成。

如果为一个 Pod 指定了多个 Init 容器，这些容器会 按顺序逐个运行。每个 Init 容器必须运行成功，下一个才能够运行。当所有的 Init 容器运行完成时， Kubernetes 才会为 Pod 初始化应用容器并像平常一样运行。

Init Container 与 普通应用容器他们之间的区别总结如下：

(1) init container 的 运行方式 与 应用容器不同，它们必须先于应用容器执行完成，当 Pod 设置了多个 init container 时，将按顺序逐个运行（线性执行），并且只有前一个 init container 运行成功才能运行后一个 init container。当所有 init container 都成功运行后，Kubernetes 才会初始化 Pod 的各种信息，并开始创建和运行应用容器。

(2) 在 init container 的定义中也可以设置资源限制、Volume 的使用和 安全策略 等等。但 资源限制 的设置与应用容器略有不同。

• • 如果多个 init container 都定义了资源请求/资源限制，则取最大的值作为所有 init container 的资源请求值/资源限制值。

• • Pod 的有效（effective) 资源请求值/资源限制值取以下二者中的较大值。a) 所有应用容器的资源请求值/资源限制值之和。b) init container 的有效资源请求值/资源限制值。

• • 调度算法将基于 Pod 的有效资源请求值/资源限制值进行计算，也就是说 init container 可以为初始化操作预留系统资源，即使后续应用容器无须使用这些资源，Pod 的有效 Qos（Quality of Service，服务等级） 等级适用于 init container 和应用容器。

• • 资源配额和限制将根据 Pod 的有效资源请求值/资源限制值计算生效。

• • Pod 级别的 cgroup 将基于 Pod 的有效资源请求/限制，与调度机制一致。

(3) init container 不能设置 readinessProbe 探针，因为必须在它们成功运行后才能继续运行在 Pod 中定义的普通容器。

在Pod重新启动时，init container 将会重新运行，常见的 Pod 重启场景如下：

• • init container 的镜像被更新时，init container 将会重新运行，导致 Pod重启。仅更新应用容器的镜像只会使得应用容器被重启。

• • Pod 的 infrastructure 容器更新时，Pod 将会重启。

• • 若 Pod 中的所有应用容器都终止了，并且设置了 RestartPolicv=Alwavs 时，则 Pod 会重启。

Pod 知识扩展

关于Pod 的其他属性配置，如上面的【Pod 生命周期】图中的更多信息请查看：

• • 《Init 容器》，https://kubernetes.io/zh-cn/docs/concepts/workloads/pods/init-containers/

• • 《调试 Init 容器》，https://kubernetes.io/zh-cn/docs/tasks/debug/debug-application/debug-init-containers/

• • 《配置存活、就绪和启动探针》，https://kubernetes.io/zh-cn/docs/tasks/configure-pod-container/configure-liveness-readiness-startup-probes/

• • 《为容器的生命周期事件设置处理函数，定义 postStart 和 preStop 处理函数》，https://kubernetes.io/zh-cn/docs/tasks/configure-pod-container/attach-handler-lifecycle-event/