kubernetes之pod超详细解读--第一篇

Posted 2021-12-01

   小编在这里向各位博友道个歉，上篇文章确实写的有些应付，但怎么说，部署确实因人而异，而且很少有刚刚进公司就让你搭建一个集群，一般公司都有自己的集群，所以小编觉得，侧重点不应该在安装，应该在维护！虽然有些牵强，但小编保证，这一篇绝对有质量！希望看了小编的博客，大家对pod有更深入的认识。
   这篇文章，小编打算介绍关于pod的11个重要的知识点，大家要有耐心的看下去哦！虽然内容比较多，有兴趣的朋友可以细细阅读，小编会尽可能的用比较容易理解的话和图，去介绍比较重要并且难以理解的地方。

1. pod的基本定义和用法

  首先我们通过yaml定义的方式看看pod中可以定义哪些内容：

apiVersion: v1  #版本号
kind: Pod       #资源对象类型
metadata:       #元数据
  name: string  #pod的名称
  namespace: string  #pod所属的命名空间
  labels:  #自定义标签列表
    - name: string
  annotations:  #自定义注解列表
    - name: string
spec:  #pod的容器的详细定义
  containers:  
  - name: string   #容器的名称
    image: string  #容器的镜像
    imagePullPolicy: [Always|Never|IfNotPresent]  #镜像获取策略
    command: [string]   #容器的启动命令列表
    args: [string]      #启动命令参数
    workingDir: string  #容器的工作目录
    volumeMounts:       #挂载到容器内部的存储卷配置
    - name: string
      mountPath: string #挂载的目录
      readOnly: boolean #是否只读挂载
    ports:  #容器暴露的端口列表
    - name: string  #端口名称
      containerPort: int  #容器监听的端口
      hostPort: int  #容器所在主机需要监听的端口
      protocol: string  #端口协议
    env: #容器中的环境变量
    - name: string 
      value: string
    resources: #资源限制设置
      limits: #最大使用资源
        cpu: string
        memory: string
      requests: #请求时资源设置
        cpu: string
        memory: string
    livenessProbe:  #对容器的健康检查
      exec:  #通过命令的返回值
        command: [string]
      httpGet: #通过访问容器的端口的返回的状态码
        path: string
        port: number
        host: string
        scheme: string
        httpHeaders:
        - name: string
          value: string
      tcpSocket:  #通过tcpSocket
        port: number
      initialDelaySeconds: 0 #首次健康检查时间
      timeoutSeconds: 0  #健康检查的超时时间
      periodSeconds: 0  #每次健康检查的时间间隔
      successThreshold: 0 
      failureThreshold: 0
    securityContext:
      privileged: false
  restartPolicy: [Always|Never|OnFailure] #pod的重启策略
  nodeSelector: object  #指定的运行pod的node标签
  imagePullSecrets:  
  - name: string
  hostNetwork: false  #是否使用主机网络模式
  volumes:  #该pod上定义的共享存储卷列表
  - name: string
    emptyDir: {}  #临时挂载
    hostPath:  #挂载宿主机目录
      path: string
    secret: #类型为secret存储卷
      secretName: string
      items:
      - key: string
        path: string
    configMap: #类型为configMap的存储卷
      name: string
      items:
      - key: string
        path: string

是不是一下子看了这么多配置，感觉有点蒙蒙的，不要着急，先苦后甜，小编接下来会一一介绍如何使用这些配置，以及这些配置有什么作用。
Pod的基本用法：
  当然这里小编要强调的是，如果自己定义的image，并且image运行的程序的脚本是后台调度运行的例：nohup ./start.sh，类似这样的，如果是在docker中可以使用docker run的方式创建并启动这个容器，当时在kubernetes中，类似这样后台的程序，kubelet创建这个容器的pod之后，运行完该命令，就认为pod执行结束，将立刻销毁这个pod，如果给这个pod绑定了RC，那么系统将会根据RC中的pod的副本数重新启动这个pod，这样下去会进入无限的死循环中，当然问题出现了肯定会有解决办法，这里小编向大家介绍一个服务supervisor，说实话，小编也不是很懂它，有时间再把它玩一玩，这里小编先介绍一下它是如何让这些后台启动的容器持续运行，并满足kubernetes对容器启动的要求：supervisor提供了一种可以同时启动多个后台进程，并保持supervisor自身在前台执行的机制。（好吧我知道是废话，但是很通俗易懂，能就这样，强行安慰自己，感觉很nice）。
  接下来创建几个pod，看看效果，这里pod可以由一个或者多个container组成，先创建一个只有一个container的：

#frontend-pod.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: frontend
  labels:
    name: frontend
spec:
  containers:
  - name: frontend
    image: docker.io/kubeguide/guestbook-php-frontend
    env:
    - name: GET_HOSTS_FROM
      value: env
    ports: 
    - containerPort: 80
  hostNetwork: true

[[email protected] yaml_file]# kubectl create -f frontend-pod.yaml  #创建这个pod 

创建一个两个container组合成一个整体的pod对外提供服务：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: redis-php
  labels:
    name: redis-php
spec:
  containers:
  - name: frontend
    image: docker.io/kubeguide/guestbook-php-frontend:localredis
    ports: 
    - containerPort: 80
  - name: redis
    image: docker.io/kubeguide/redis-master
    ports:
    - containerPort: 6379

  这里有一个container，死了，可能是镜像出了问题，当然重点不在这里，主要是演示如何运行2个容器在一个pod中有兴趣的可以解决一下这个问题：

2. 静态pod

  所谓的静态的pod就是通过kubelet管理并且仅存在于特定的node上的pod，它们不能通过API server 进行管理，也无法与RC、deployment、daemonSet进行关联，并且kubelet也不能对其进行健康检查。他们总是由kubelet创建，并且总在kubelet所在node上运行。其中创建静态的pod有两种方式：配置文件方式和HTTP方式。
① 配置文件方式
这里我的kubelet的配置文件在/etc/kubernetes/kubelet

然后在配置文件中加入：--config=/k8s/yaml_file/static-web.yaml

#static-web.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata: 
  name: static-web
  labels:
    name: static-web
spec:
  containers:
  - name: static-web
    image: nginx
    ports:
    - name: web
      containerPort: 80

[[email protected] yaml_file]# systemctl restart kubelet  #重启kubelet服务
[[email protected] yaml_file]# docker ps #查看本机的容器：docker ps

  此时这个静态的pod就正在创建，并且使用kubectl delete pod pod_name删除不了这个pod的，只能让这个pod处于pending状态，当然只要将该node上的定义这个pod的文件删除，就能将这个pod从这个node上删除了。
② HTTP方式:因为简单这里就不在演示，只要在kubelet的配置文件中加入：--manifest-url=xxx，kubelet就会定期的从指定的URL中下载pod的定义文件（yaml|json），然后根据定义在自己的node上创建pod。

3.pod容器共享volume

  这里的配置管理，就是将程序和配置分离，使程序更加灵活，一般的我们在打包应用程序为镜像，可以通过环境变量或者外挂volume的方式在创建容器的时候进行配置注入，但是如果机器规模比较大的时候，对多容器进行不同的配置注入将十分复杂，所以这里我们介绍一种便捷方式configMap。
configMap典型使用场景：
? 生成容器内部的环境变量
? 设置容器的启动命令的参数
? 以volume的形式挂载为容器内部的文件或者目录
在同一个pod中的多个容器之间能够共享pod级别的存储卷volume，volume可以被定义为各种类型，多个容器之间进行各自挂载，将一个volume挂载为容器内部的目录：

上图就是一个pod中有两个容器同时挂载一个volume共享，其中实现的功能为：tomcat用于向其中写日志，busybox用于向其中读取日志：

#pod-volume-applogs.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: volume-pod
spec:
  containers:
  - name: tomcat
imagePullPolicy: IfNotPresent
    image: docker.io/tomcat
    ports:
    - containerPort: 8080
    volumeMounts:
    - name: app-logs
      mountPath: /usr/local/tomcat/logs
  - name: logreader
image: docker.io/busybox
imagePullPolicy: IfNotPresent
    command: ["sh","-c","tail -f /logs/catalina*.log"]
    volumeMounts:
    - name: app-logs
      mountPath: /logs
  volumes:
  - name: app-logs
    emptyDir: {}

注意 ：这里名称为volume-pod的pod中的两个容器，同时挂载了类型为emptyDir这种临时目录，并且在容器logreader中打印Tomcat容器生成的日志，我们通过命令查看：

[[email protected] yaml_file]# kubectl logs volume-pod -c logreader

4. pod的配置管理

  这里的配置管理，就是将程序和配置分离，使程序更加灵活，一般的我们在打包应用程序为镜像，可以通过环境变量或者外挂volume的方式在创建容器的时候进行配置注入，但是如果机器规模比较大的时候，对多容器进行不同的配置注入将十分复杂，所以这里我们介绍一种便捷方式configMap。
configMap典型使用场景：
 ? 生成容器内部的环境变量
 ? 设置容器的启动命令的参数
 ? 以volume的形式挂载为容器内部的文件或者目录
configMap用法：configMap以key-value的形式定义，这里的value可以是string也可以是一个文件内容，通过kubectl create configmap 的方式创建configMap。
这里小编通过这个几个方面去介绍configMap的用法：
 ? configMap的两种创建方式：基于yaml文件或者基于命令。
 ? configMap的两种使用方式：环境变量和volume挂载。
configMap的创建：
 ① 基于yaml文件

#cm-appvars.yaml
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: cm-aoovars
data:
  apploglevel: info
  appdatadir: /var/data

[[email protected] yaml_file]# kubectl create  -f  cm-appvars.yaml #创建configmap
[[email protected] yaml_file]# kubectl get configmap  #查看创建的configmap

[[email protected] yaml_file]# kubectl describe configmap cm-aoovars  #查看configmap定义的内容

#cm-appconfigfiles.yaml（value为文件内容）
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: cm-appconfigfiles
data:
  key-serverxml: |
    xml文件内容
  key-loggingproperties: "配置文件内容"

[[email protected] yaml_file]# kubectl get configmap cm-appconfigfiles -o yaml  #查看详细内容

 ② 基于命令

[[email protected] yaml_file]# kubectl create configmap cm-figmap --from-file=server.xml

注意：这里会将文件的名称为key，内容为value，如果目录下有多个文件，则同时创建，并且文件的名称为key，内容为value。

[[email protected] yaml_file]# kubectl create configmap cm-figmap --from-literal=loglevel=info --fromliteral=appdatadir=/var/data

注意：这种方式是指定具体的key-value创建configmap
configMap的使用：
 ① 通过环境变量的方式使用configmap

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: cm-test-pod
spec:
  containers:
  - name: busybox
    image: docker.io/busybox
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    command: ["/bin/sh","-c","env|grep APP"]
    env:
    - name: APPLOGLEVEL  #定义环境变量
      valueFrom:
        configMapKeyRef: 
          name: configMapNAME
          key: configMap_KEY
    - name: APPLOGLEVEL  #定义环境变量
      valueFrom:
        configMapKeyRef: 
          name: configMapNAME
          key: configMap_KEY

在kubernetes1.6之后，有一种简单的定义env的方式：

envFrom:
- configMapRef:
  name: configMapNAME

 ② 通过volumeMount使用configmap
上面我们定义了一个基于文件的configmap，接下来看如何使用基于文件的configmap，挂载到具体的pod的容器的目录下：

#cm-test-pod.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: cm-test-pod
spec:
  containers:
  - name: busybox
    image: kubeguide/tomcat-app:v1
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    ports:
    - containerPort: 8080
    volumeMounts:
    - name: serverxml  #引用volumes名称
      mountPath: /configfiles  #将confimap中的文件挂载到容器的目录中
  volumes:
  - name: serverxml  
    configMap:
      name: configMapName  #定义的configmap的名称
      items:  #需要挂载的文件的列表
      - key: key-serverxml  #configmap中定义的key
        path: server.xml   #挂载后的文件名
      - key: key-loggingproperties
        path: logging.properties

注意：如果在定义volume中的configmap时不指定items，那么volumeMount会在容器的指定目录下为每一个items生产一个文件名为key，内容为value的文件。
ConfigMap的使用限制说明：
 ? Configmap必须在pod创建之间创建
 ? ConfigMap受到namespace的限制，只有同一个命名空间下才能引用
 ? 静态的pod无法使用ConfigMap
 ? 在使用volumeMount挂载的时候，configMap基于items创建的文件会整体的将挂载数据卷的容器的目录下的文件全部覆盖

5.在容器中获取pod的信息

  在我们创建pod后，系统就会给其分配唯一的名字、IP、并且处于某个namspace下面，那么这些信息我们如何获取呢？通过Downward API的方式。
Downward API可以通过以下得到两种方式将pod的信息导入到container中：
 ? 环境变量，用于单个变量，可以将pod信息和container信息注入到容器中
 ? Volume挂载：将数组类信息生成文件挂载到容器内部。
实例：
 ① 环境变量的方式

#将pod信息注入为环境变量
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: dapi-test-pod
spec:
  containers:
    - name: test-container
      image: busybox
      imagePullPolicy: IfNotPresent
      command: ["/bin/sh","-c","env"]
      env:
        - name: MY_POD_NAME
          valueFrom:
            fieldRef: 
              fieldPath: metadata.name
        - name: MY_POD_NAMESPACE
          valueFrom:
            fieldRef: 
              fieldPath: metadata.namespace
        - name: MY_POD_IP
          valueFrom:
            fieldRef: 
              fieldPath: status.podIP

[[email protected] yaml_file]# kubectl log dapi-test-pod  #查看

#daip-test-pod-container-vars.yaml将容器资源信息注入为环境变量
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: daip-test-pod-container-vars
spec:
  containers:
    - name: test-container
      image: busybox
      imagePullPolicy: IfNotPresent
      command: ["/bin/sh","-c"]
      args:
      - while true; do
          echo -en "\n";
          printenv MY_CPU_REQUEST MY_CPU_LIMIT;
          printenv MY_MEM_REQUEST MY_MEM_LIMIT;
          sleep 60;
        done;
      resources:
        requests:
          memory: "32Mi"
          cpu: "125m"
        limits:
          memory: "40Mi"
          cpu: "130m"
      env:
        - name: MY_CPU_REQUEST
          valueFrom:
            resourceFieldRef: 
              containerName: test-container
              resource: requests.cpu
        - name: MY_CPU_LIMIT
          valueFrom:
            resourceFieldRef: 
              containerName: test-container
              resource: requests.cpu
        - name: MY_CPU_REQUEST
          valueFrom:
            resourceFieldRef: 
              containerName: test-container
              resource: limits.cpu
        - name: MY_MEM_REQUEST
          valueFrom:
            resourceFieldRef: 
              containerName: test-container
              resource: requests.memory
        - name: MY_MEM_LIMIT
          valueFrom:
            resourceFieldRef: 
              containerName: test-container
              resource: limits.memory

[[email protected] yaml_file]# kubectl logs daip-test-pod-container-vars

 ② Volume挂载方式

![](https://s1.51cto.com/images/blog/201905/18/33b1db246d451ae70c8bc2738341fea9.png?x-oss-process=image/watermark,size_16,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_90,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=)#dapi-test-pod-volume.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: dapi-test-pod-volume
  labels:
    zone: us-est-coast
    cluster: test-cluster
    rack: rack-22
  annotations:
    build: two
    builder: john-doe
spec:
  containers:
    - name: test-container
      image: busybox
      imagePullPolicy: IfNotPresent
      command: ["/bin/sh","-c"]
      args:
      - while true;do
          if [[ -e /etc/labels ]];then
            echo -en "\n\n";cat /etc/labels; fi;
          if [[ -e /etc/annotations ]];then
            echo -en "\n\n";cat /etc/annotations; fi;
          sleep 60;
        done;
      volumeMounts:
        - name: podinfo
          mountPath: /etc
          readOnly: false
  volumes:
    - name: podinfo
      downwardAPI:
        items:
          - path: "labels"
            fieldRef:
              fieldPath: metadata.labels
          - path: "annotations"
            fieldRef:
              fieldPath: metadata.annotations

注意：通过设置items，将会以path的名称生成文件。

[[email protected] yaml_file]# kubectl logs dapi-test-pod-volume

Downward API的作用：在某些集群中，集群中的节点需要将自身标识以及进程绑定的IP地址等信息预习写入配置文件，进程启动时读取这些信息，然后发布到类似于服务注册中心中，做集群的节点的自动发现功能。那么Downward API就大有用处，它可以先编写一个预启动脚本或者init container，通过环境变量或者文件的方式获取pod自身的名称、IP地址等信息，然后写入主程序配置中。

6.pod的声明周期和重启策略

  pod在整个声明周期中有很多状态，了解其各种状态对于集群排错大有帮助：

  当某个pod异常退出或者健康检查失败的时候，kubelet会根据pod定义中的spec.RestartPolicy的设置来进行相应的操作。
 Pod的重启策略包括：
  ? Always：当容器失效时，由kubelet自动重启
  ? OnFailure：当容器终止运行且退出码不为0时，由kubelet自动重启
  ? Nerver：永远不重启
 Pod的重启策略，与管理其的资源对象息息相关，RC、job、Daemonset以及通过kubelet直接管理的静态的pod，每一种控制器对pod的重启策略都有要求：
  ? RC和Daemonset：必须设置为Always。
  ? Job：OnFailure或者Nerver，确保容器执行完成不在重启
  ? 静态pod：在pod失效时自动重启。（注意静态pod不会被健康检查）

7 .Pod的健康检查

  就像HDFS中的DataNode会定时发送心跳给namenode一样，k8s集群中通过探针的方式给Pod定时做健康检查，一旦符合定义的情况，就执行相应的重启策略。
 健康检查分为以下两种探针：
  ? LivenessProbe探针： 判断容器是否存活（runnning状态），如果探测到容器不健康，则kubelet杀死该容器，并且根据重启策略做相应处理，如果容器中没有LivenessProbe探针，那么kubelet认为该容器的LivenessProbe探针一直返回“Success”
  ? ReadinessProbe探针： 用于判断容器是否启动完成（ready状态），可以接受请求。如果ReadinessProbe探针探测到失败，则pod的状态被修改。并且EndPoint Controller将从service的EndPoint中删除包含该容器所在pod的EndPoint。
 接下来我们重点介绍一下LivenessProbe探针如何判断pod是否健康，这里有三种实现方式：
  ? ExecAction：在容器中执行一个命令，如果该命令返回的状态码为0，表示该容器正常
  ? TCPSocketAction：通过容器的IP地址和端口执行TCP检查，能够建立TCP连接，表示该容器正常
  ? HTTPGetAction：通过容器的IP和端口以及路径调用HTTP get方法，如果相应的状态码大于等于200并且小于400，则认为该容器正常
实例演示：
 ① ExecAction

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
    test:liveness
  name: liveness-exec
spec:
  containers:
  - name: liveness
    images: gcr.io/google_containers/busybox
    args:
    - /bin/sh
    - -c
    - echo ok > /tmp/health; sleep 10 ;rm -rf /tmp/health;sleep 10 ;
    livenessProbe:
      exec:
        command:
        - cat 
        - /tmp/health
      initialDelaySeconds: 15  #初次健康检查时间
      timeoutSeconds: 1        #超时时间

这里注意：我们设置了livenessProbe探针初次检查时间为15秒，但是程序中将10之后删除检查的文件，这里cat /tmp/health 这个命令执行失败，状态码返回不为0，导致kubelet杀掉该进程，并根据相应的重启策略进行操作。
 ② TCPSocketAction

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
    test:liveness
  name: liveness-exec
spec:
  containers:
  - name: nginx
    images: nginx
    ports:
    - containerPort: 80
    livenessProbe:
      tcpSocket:
        port: 80
      initialDelaySeconds: 15  #初次健康检查时间
      timeoutSeconds: 1        #超时时间

 ③ HTTPGetAction

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
    test:liveness
  name: liveness-exec
spec:
  containers:
  - name: nginx
    images: nginx
    ports:
    - containerPort: 80
    livenessProbe:
      httpGet:
        path: /_status/helthz
        port: 80
      initialDelaySeconds: 30  #初次健康检查时间
      timeoutSeconds: 1        #超时时间

这里小编强调一下：
initialDelaySeconds：启动容器后首次健康检查的时间
timeoutSeconds：健康检查发送请求后等待相应的时间

看到这里大家一定脑子都炸了，这里小编想说一下，后面还有很多，这里小编把pod介绍分为两篇博文向大家介绍，

后续部分URL：

文章参考至《kubernetes权威指南》