云原生一文细数kubernetes常见20道问题

Posted 2022-05-24 zhisheng_blog

• 1、K8S是什么？

• 2、容器和主机部署应用的区别是什么？

• 3、K8S架构的组成是什么？

• 4、kubenetes针对pod资源对象的健康监测机制

• 5、如何控制滚动更新过程？

• 6、镜像下载策略是什么？

• 7、image的状态有哪些？

• 8、pod的重启策略是什么？

• 9、K8S中部署应用版本回滚的命令

• 10、标签和标签选择器的作用是什么？

• 11、常用的标签分类有哪些？

• 12、查看标签的方式？

• 13、添加、修改觉删除标签的命令

• 14、DaemonSet资源对象的特性

• 15、Pod的生命周期有哪些状态？

• 16、创建一个Pod的流程是如何的？

• 17、删除一个Pod的流程是如何的？

• 18、K8S的service是什么？

• 19、K8S如何进服务注册？

• 20、K8S数据持久化的方式有哪些？

1、K8S是什么？

Kubenetes是一个针对容器应用，进行自动部署，弹性伸缩和管理的开源系统。主要功能是生产环境中的容器编排。

关于K8S网上有很多介绍，大家可以根据自己的理解讲出来。

2、容器和主机部署应用的区别是什么？

容器的中心思想就是秒级启动；一次封装、到处运行；

这是主机部署应用无法达到的效果，但同时也更应该注重容器的数据持久化问题。另外，容器部署可以将各个服务进行隔离，互不影响，这也是容器的另一个核心概念。

3、K8S架构的组成是什么？

主节点主要用于暴露API，调度部署和节点的管理；

计算节点运行一个容器运行环境，一般是docker环境（类似docker环境的还有rkt），同时运行一个K8s的代理（kubelet）用于和master通信。

计算节点也会运行一些额外的组件，像记录日志，节点监控，服务发现等等。计算节点是k8s集群中真正工作的节点

Master节点：

• Kubectl：客户端命令行工具，作为整个K8s集群的操作入口；

• Api Server：在K8s架构中承担的是“桥梁”的角色，作为资源操作的唯一入口，它提供了认证、授权、访问控制、API注册和发现等机制。

  客户端与k8s群集及K8s内部组件的通信，都要通过Api Server这个组件；

• Controller-manager：负责维护群集的状态，比如故障检测、自动扩展、滚动更新等；

• Scheduler：负责资源的调度，按照预定的调度策略将pod调度到相应的node节点上；

• Etcd：担任数据中心的角色，保存了整个群集的状态；

Node节点：

• Kubelet：负责维护容器的生命周期，同时也负责Volume和网络的管理，一般运行在所有的节点，是Node节点的代理，当Scheduler确定某个node上运行pod之后，会将pod的具体信息（image，volume）等发送给该节点的kubelet，kubelet根据这些信息创建和运行容器，并向master返回运行状态。（自动修复功能：如果某个节点中的容器宕机，它会尝试重启该容器，若重启无效，则会将该pod杀死，然后重新创建一个容器）；

• Kube-proxy：Service在逻辑上代表了后端的多个pod。负责为Service提供cluster内部的服务发现和负载均衡（外界通过Service访问pod提供的服务时，Service接收到的请求后就是通过kube-proxy来转发到pod上的）；

• container-runtime：是负责管理运行容器的软件，比如docker

• Pod：是k8s集群里面最小的单位。每个pod里边可以运行一个或多个container（容器），如果一个pod中有两个container，那么container的USR（用户）、MNT（挂载点）、PID（进程号）是相互隔离的，UTS（主机名和域名）、IPC（消息队列）、NET（网络栈）是相互共享的。

4、kubenetes针对pod资源对象的健康监测机制

K8s中对于pod资源对象的健康状态检测，提供了三类probe（探针）来执行对pod的健康监测：

1）livenessProbe探针

可以根据用户自定义规则来判定pod是否健康，如果livenessProbe探针探测到容器不健康，则kubelet会根据其重启策略来决定是否重启，初始探测状态为健康状态直到探测失败。如果一个容器不包含livenessProbe探针，则kubelet会认为容器的livenessProbe探针的返回值永远成功。

2）ReadinessProbe探针

同样是可以根据用户自定义规则来判断pod是否健康，如果探测失败，控制器会将此pod从对应service的endpoint列表中移除，从此不再将任何请求调度到此Pod上，直到下次探测成功。初始探测为失败状态，直到探测成功后，将pod加入到service的endpoint列表中。

3）startupProbe探针

启动检查机制，应用一些启动缓慢的业务，避免业务长时间启动而被上面两类探针kill掉，这个问题也可以换另一种方式解决，就是定义上面两类探针机制时，初始化时间定义的长一些即可。

探针检查支持以下参数设置：

• initialDelaySeconds：初始第一次探测间隔，用于应用启动的时间，防止应用还没启动而健康检查失败

• periodSeconds：检查间隔，多久执行probe检查，默认为10s；

• timeoutSeconds：检查超时时长，探测应用timeout后为失败；

• successThreshold：成功探测阈值，表示探测多少次为健康正常，默认探测1次。

探针支持分探测方案：

1）通过执行命令的方式来检查服务是否正常，比如使用cat命令查看pod中的某个重要配置文件是否存在，若存在，则表示pod健康。反之异常。

Exec探测方式的yaml文件语法如下：

spec:  
  containers:  
  - name: liveness  
    image: k8s.gcr.io/busybox  
    args:  
    - /bin/sh  
    - -c  
    - touch /tmp/healthy; sleep 30; rm -rf /tmp/healthy; sleep 600  
    livenessProbe:         #选择livenessProbe的探测机制  
      exec:                      #执行以下命令  
        command:  
        - cat  
        - /tmp/healthy  
      initialDelaySeconds: 5          #在容器运行五秒后开始探测  
      periodSeconds: 5               #每次探测的时间间隔为5秒

在上面的配置文件中，探测机制为在容器运行5秒后，每隔五秒探测一次，如果cat命令返回的值为“0”，则表示健康，如果为非0，则表示异常。

2）Httpget：通过发送http/htps请求检查服务是否正常，返回的状态码为200-399则表示容器健康（注http get类似于命令curl -I）。

Httpget探测方式的yaml文件语法如下：

spec:  
  containers:  
  - name: liveness  
    image: k8s.gcr.io/liveness  
    livenessProbe:              #采用livenessProbe机制探测  
      httpGet:                  #采用httpget的方式  
    scheme:HTTP         #指定协议，也支持https  
        path: /healthz          #检测是否可以访问到网页根目录下的healthz网页文件  
        port: 8080              #监听端口是8080  
      initialDelaySeconds: 3     #容器运行3秒后开始探测  
      periodSeconds: 3                #探测频率为3秒

上述配置文件中，探测方式为项容器发送HTTP GET请求，请求的是8080端口下的healthz文件，返回任何大于或等于200且小于400的状态码表示成功。任何其他代码表示异常。

3）tcpSocket：通过容器的IP和Port执行TCP检查，如果能够建立TCP连接，则表明容器健康，这种方式与HTTPget的探测机制有些类似，tcpsocket健康检查适用于TCP业务。

tcpSocket探测方式的yaml文件语法如下：

spec:  
  containers:  
  - name: goproxy  
    image: k8s.gcr.io/goproxy:0.1  
    ports:  
- containerPort: 8080  
#这里两种探测机制都用上了，都是为了和容器的8080端口建立TCP连接  
    readinessProbe:  
      tcpSocket:  
        port: 8080  
      initialDelaySeconds: 5  
      periodSeconds: 10  
    livenessProbe:  
      tcpSocket:  
        port: 8080  
      initialDelaySeconds: 15  
      periodSeconds: 20

在上述的yaml配置文件中，两类探针都使用了，在容器启动5秒后，kubelet将发送第一个readinessProbe探针，这将连接容器的8080端口，如果探测成功，则该pod为健康，十秒后，kubelet将进行第二次连接。

除了readinessProbe探针外，在容器启动15秒后，kubelet将发送第一个livenessProbe探针，仍然尝试连接容器的8080端口，如果连接失败，则重启容器。

探针探测的结果有以下三种可能：

• Success：Container通过了检查；

• Failure：Container没有通过检查；

• Unknown：没有执行检查，因此不采取任何措施（通常是我们没有定义探针检测，默认为成功）。

5、如何控制滚动更新过程？

可以通过下面的命令查看到更新时可以控制的参数：

kubectl explain deploy.spec.strategy.rollingUpdate

• 1

• maxSurge：此参数控制滚动更新过程，副本总数超过预期pod数量的上限。可以是百分比，也可以是具体的值。默认为1。

  上述参数的作用就是在更新过程中，值若为3，那么怎样，先运行三个pod，用于替换旧的pod，以此类推

• maxUnavailable：此参数控制滚动更新过程中，不可用的Pod的数量。

  这个值和上面的值没有任何关系，举个例子：我有十个pod，但是在更新的过程中，我允许这十个pod中最多有三个不可用，那么就将这个参数的值设置为3，在更新的过程中，只要不可用的pod数量小于或等于3，那么更新过程就不会停止

6、镜像下载策略是什么？

可通过命令“kubectl explain pod.spec.containers”来查看imagePullPolicy这行的解释。

K8s的镜像下载策略有三种：Always、Never、IFNotPresent

• Always：镜像标签为latest时，总是从指定的仓库中获取镜像；

• Never：禁止从仓库中下载镜像，也就是说只能使用本地镜像；

• IfNotPresent：仅当本地没有对应镜像时，才从目标仓库中下载。

默认的镜像下载策略是：当镜像标签是latest时，默认策略是Always；当镜像标签是自定义时（也就是标签不是latest），那么默认策略是IfNotPresent

7、image的状态有哪些？

• Running：Pod所需的容器已经被成功调度到某个节点，且已经成功运行，

• Pending：APIserver创建了pod资源对象，并且已经存入etcd中，但它尚未被调度完成或者仍然处于仓库中下载镜像的过程

• Unknown：APIserver无法正常获取到pod对象的状态，通常是其无法与所在工作节点的kubelet通信所致。

8、pod的重启策略是什么？

可以通过命令“kubectl explain pod.spec”查看pod的重启策略。（restartPolicy字段）

• Always：但凡pod对象终止就重启，此为默认策略。

• OnFailure：仅在pod对象出现错误时才重启

9、K8S中部署应用版本回滚的命令

#运行yaml文件，并记录版本信息；
kubectl apply -f httpd2-deploy1.yaml  --record    
 
#查看该deployment的历史版本  
kubectl rollout history deployment httpd-devploy1    

#执行回滚操作，指定回滚到版本1 
kubectl rollout undo deployment httpd-devploy1 --to-revision=1

10、标签和标签选择器的作用是什么？

标签：是当相同类型的资源对象越来越多的时候，为了更好的管理，可以按照标签将其分为一个组，为的是提升资源对象的管理效率。

标签选择器：就是标签的查询过滤条件。目前API支持两种标签选择器：

• 基于等值关系的，如：=、==、!=（注：==也是等于的意思，yaml文件中的matchLabels字段）；

• 基于集合的，如：in、notin、exists（yaml文件中的matchExpressions字段）；

11、常用的标签分类有哪些？

标签分类是可以自定义的，但是为了能使他人可以达到一目了然的效果，一般会使用以下一些分类：

• 版本类标签(release)：stable（稳定版）、canary（金丝雀版本，可以将其称之为测试版中的测试版）、beta（测试版）；

• 环境类标签(environment)：dev（开发）、qa（测试）、production（生产）、op（运维）；

• 应用类(app)：ui、as、pc、sc；

• 架构类(tier)：frontend（前端）、backend（后端）、cache（缓存）；

• 分区标签(partition)：customerA（客户A）、customerB（客户B）；

• 品控级别(Track)：daily（每天）、weekly（每周）

12、查看标签的方式？

kubectl get pod --show-labels    #查看pod，并且显示标签内容 

kubectl get pod -L env,tier      #显示资源对象标签的值  

kubectl get pod -l env,tier      #只显示符合键值资源对象的pod，而“-L”是显示所有的pod

13、添加、修改觉删除标签的命令

#对pod标签的操作  
kubectl label pod label-pod abc=123     #给名为label-pod的pod添加标签  
kubectl label pod label-pod abc=456 --overwrite      #修改名为label-pod的标签  
kubectl label pod label-pod abc-             #删除名为label-pod的标签  
kubectl get pod --show-labels  

#对node节点的标签操作     
kubectl label nodes node01 disk=ssd      #给节点node01添加disk标签  
kubectl label nodes node01 disk=sss –overwrite    #修改节点node01的标签  
kubectl label nodes node01 disk-         #删除节点node01的disk标签

14、DaemonSet资源对象的特性

DaemonSet这种资源对象会在每个k8s集群中的节点上运行，并且每个节点只能运行一个pod，这是它和deployment资源对象的最大也是唯一的区别。

15、Pod的生命周期有哪些状态？

• Pending：表示pod已经被同意创建，正在等待kube-scheduler选择合适的节点创建，或者正在准备镜像；

• Running：表示pod中所有的容器已经被创建，并且至少有一个容器正在运行或者是正在启动或者是正在重启；

• Succeeded：表示所有容器已经成功终止，并且不会再启动；

• Failed：表示pod中所有容器都是非0（不正常）状态退出；

• Unknown：表示无法读取Pod状态，通常是kube-controller-manager无法与Pod通信。

16、创建一个Pod的流程是如何的？

1. 客户端提交Pod的配置信息（可以是yaml文件定义好的信息）到kube-apiserver；

2. Apiserver收到指令后，通知给controller-manager创建一个资源对象；

3. Controller-manager通过api-server将pod的配置信息存储到ETCD数据中心中；

4. Kube-scheduler检测到pod信息会开始调度预选，会先过滤掉不符合Pod资源配置要求的节点，然后开始调度调优，主要是挑选出更适合运行pod的节点，然后将pod的资源配置单发送到node节点上的kubelet组件上。

5. Kubelet根据scheduler发来的资源配置单运行pod，运行成功后，将pod的运行信息返回给scheduler，scheduler将返回的pod运行状况的信息存储到etcd数据中心。

17、删除一个Pod的流程是如何的？

Kube-apiserver会接受到用户的删除指令，默认有30秒时间等待优雅退出，超过30秒会被标记为死亡状态，此时Pod的状态Terminating，kubelet看到pod标记为Terminating就开始了关闭Pod的工作；

关闭流程如下：

1. pod从service的endpoint列表中被移除；

2. 如果该pod定义了一个停止前的钩子，其会在pod内部被调用，停止钩子一般定义了如何优雅的结束进程；

3. 进程被发送TERM信号（kill -14）

4. 当超过优雅退出的时间后，Pod中的所有进程都会被发送SIGKILL信号（kill -9）。

18、K8S的service是什么？

Pod每次重启或者重新部署，其IP地址都会产生变化，这使得pod间通信和pod与外部通信变得困难，这时候，就需要Service为pod提供一个固定的入口。

Service的Endpoint列表通常绑定了一组相同配置的pod，通过负载均衡的方式把外界请求分配到多个pod上。

19、K8S如何进服务注册？

Pod启动后会加载当前环境所有Service信息，以便不同Pod根据Service名进行通信。

20、K8S数据持久化的方式有哪些？

emptyDir：是最基础的Volume类型，用于存储临时数据的简单空目录。如果Pod设置了emptyDir类型Volume，Pod被分配到Node上时候，会创建emptyDir，只要Pod运行在Node上，emptyDir都会存在（容器挂掉不会导致emptyDir丢失数据），但是如果Pod从Node上被删除（Pod被删除，或者Pod发生迁移），emptyDir也会被删除，并且永久丢失。

Hostpath：将宿主机上已存在的目录或文件挂载到容器内部。类似于docker中的bind mount挂载方式。这种数据持久化方式，运用场景不多，因为它增加了pod与节点之间的耦合。

PersistentVolume (持久卷， 简称 PV) 和 Persistent VolumeClaim(持久卷声明，简称 PVC)

使得K8s集群具备了存储的逻辑抽象能力，使得在配置Pod的逻辑里可以忽略对实际后台存储技术的配置，而把这项配置的工作交给PV的配置者，即集群的管理者。

存储的PV和PVC的这种关系，跟计算的Node和Pod的关系是非常类似的；PV和Node是资源的提供者，根据集群的基础设施变化而变化，由K8s集群管理员配置；而PVC和Pod是资源的使用者，根据业务服务的需求变化而变化，由K8s集群的使用者即服务的管理员来配置。