Review：人人都能看懂 Pod 与容器设计模式

Posted 2020-12-06 roastpiglet

Review：人人都能看懂 Pod 与容器设计模式

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Pod实现机制

要解决的问题

1. Pod 里的多个容器怎么去共享网络？
2. Pod 怎么去共享存储？

共享网络

在 Kubernetes 里的解法是这样的：它会在每个 Pod 里，额外起一个 Infra container 小容器来共享整个 Pod 的 Network Namespace。

Infra container 是一个非常小的镜像，大概 100~200KB 左右，是一个汇编语言写的、永远处于“暂停”状态的容器。由于有了这样一个 Infra container 之后，其他所有容器都会通过 Join Namespace 的方式加入到 Infra container 的 Network Namespace 中。

由于需要有一个相当于说中间的容器存在，所以整个 Pod 里面，必然是 Infra container 第一个启动。并且整个 Pod 的生命周期是等同于 Infra container 的生命周期的，与容器 A 和 B 是无关的。这也是为什么在 Kubernetes 里面，它是允许去单独更新 Pod 里的某一个镜像的。

共享存储

我 share 文件或者是 share 目录在 Pod 里面是非常简单的，实际上就是把 volume 变成了 Pod level。然后所有容器，就是所有同属于一个 Pod 的容器，他们共享所有的 volume。

比如说上图的例子，这个 volume 叫做 shared-data，它是属于 Pod level 的，所以在每一个容器里可以直接声明：要挂载 shared-data 这个 volume，只要你声明了你挂载这个 volume，你在容器里去看这个目录，实际上大家看到的就是同一份。

容器设计模式

问题

现在要发布一个应用，这个应用是 JAVA 写的，有一个 WAR 包需要把它放到 Tomcat 的 web APP 目录下面，这样就可以把它启动起来了。可是像这样一个 WAR 包或 Tomcat 这样一个容器的话，怎么去做，怎么去发布？

1. 可以把 WAR 包和 Tomcat 打包放进一个镜像里面。但是这样带来一个问题，就是现在这个镜像实际上揉进了两个东西。那么接下来，无论是我要更新 WAR 包还是说我要更新 Tomcat，都要重新做一个新的镜像，这是比较麻烦的；
2. 就是镜像里面只打包 Tomcat。它就是一个 Tomcat，但是需要使用数据卷的方式，比如说 hostPath，从宿主机上把 WAR 包挂载进我们 Tomcat 容器中，挂到我的 web APP 目录下面，这样把这个容器启用起来之后，里面就能用了。

这样操作带来的复杂程度还是比较高的，且这个容器本身必须依赖于一套持久化的存储插件（用来管理 Volume 里的 WAR 包内容）。

Init Container

有没有更加通用的方法？哪怕在本地 Kubernetes 上，没有分布式存储的情况下也能用、能玩、能发布。

在上图的 yaml 里，首先定义一个 Init Container，它只做一件事情，就是把 WAR 包从镜像里拷贝到一个 Volume 里面，它做完这个操作就退出了，所以 Init Container 会比用户容器先启动，并且严格按照定义顺序来依次执行。所以这是一个通过组合两个不同角色的容器，并且按照一些像 Init Container 的编排方式，统一去打包这样一个应用，把它用 Pod 来去做的非常典型的一个例子。像这样的一个概念，在 Kubernetes 里面就是一个非常经典的容器设计模式，叫做：“Sidecar”。

Sidecar模式

什么是 Sidecar？就是说其实在 Pod 里面，可以定义一些专门的容器，来执行主业务容器所需要的一些辅助工作，比如我们前面举的例子，其实就干了一个事儿，这个 Init Container，它就是一个 Sidecar，它只负责把镜像里的 WAR 包拷贝到共享目录里面，以便被 Tomcat 能够用起来。其它有哪些操作呢？比如说：

• 原本需要在容器里面执行 SSH 需要干的一些事情，可以写脚本、一些前置的条件
• 日志收集本身是一个进程，是一个小容器，那么就可以把它打包进 Pod 里面去做这个收集工作
• Debug 应用，实际上现在 Debug 整个应用都可以在应用 Pod 里面再次定义一个额外的小的 Container，它可以去 exec 应用 pod 的 namespace
• 查看其他容器的工作状态，这也是它可以做的事情。不再需要去 SSH 登陆到容器里去看，只要把监控组件装到额外的小容器里面就可以了，然后把它作为一个 Sidecar 启动起来，跟主业务容器进行协作

Sidecar：应用与日志收集

比如说前面提到的应用日志收集，业务容器将日志写在一个 Volume 里面，而由于 Volume 在 Pod 里面是被共享的，所以日志容器 —— 即 Sidecar 容器一定可以通过共享该 Volume，直接把日志文件读出来，然后存到远程存储里面，或者转发到另外一个例子。现在业界常用的 Fluentd 日志进程或日志组件，基本上都是这样的工作方式。

Sidecar：代理容器

简单说，单独写一个这么小的 Proxy，用来处理对接外部的服务集群，它对外暴露出来只有一个 IP 地址就可以了。所以接下来，业务容器主要访问 Proxy，然后由 Proxy 去连接这些服务集群，这里的关键在于 Pod 里面多个容器是通过 localhost 直接通信的，因为它们同属于一个 network Namespace，网络视图都一样，所以它们俩通信 localhost，并没有性能损耗。

Sidecar：适配器容器

有个例子：现在业务容器暴露出来的监控接口是 /metrics，访问这个容器的 metrics 的 URL 就可以拿到了。可是现在，这个监控系统升级了，它访问的 URL 是 /health，我只认得暴露出 health 健康检查的 URL，才能去做监控，metrics 不认识。那这个怎么办？那就需要改代码了，但可以不去改代码，额外写一个 Adapter，用来把所有对 health 的这个请求转发给 metrics 就可以了，所以这个 Adapter 对外暴露的是 health 这样一个监控的 URL，这就可以了，你的业务就又可以工作了。