Kubernetes 高級調度01

目錄

一、 初始化容器 InitContainer

1. InitContainer 的基本概念

2.?延遲指定時間后啟動

3.?使用初始化容器修改內核參數

4.?等待依賴的服務啟動后再啟動應用

5.?pause 容器

二、?臨時容器 Ephemeral Containers

1.?臨時容器的概念

2.?臨時容器的使用示例

三、?自動擴縮容 HPA

1.?什么是 HPA

2.?HPA 實踐步驟（以 Nginx 為例）

一、 初始化容器 InitContainer

首先來看初始化容器，顧名思義，初始化容器是用來進行初始化操作的。很多情況下，程序的啟動需要依賴各類配置、資源。但是又不能繼承在原有的啟動命令或者鏡像當中，因為程序的鏡像可能并沒有加載配置命令，此時 InitContainer 就起了很大的作用。

1. InitContainer 的基本概念

InitContainer 是 Kubernetes 的初始化容器（也可稱之為 Init 容器），它是一種特殊的容器，在 Pod 內的應用容器啟動之前運行，可以包括一些應用鏡像中不存在的使用工具和安裝腳本，用以在程序啟動時進行初始化，比如創建文件、修改內核參數、等待依賴程序啟動等。

每個 Pod 中可以包含多個容器，同時 Pod 也可以有一個或多個先于應用程序啟動的 Init 容器：

  • 在 Pod 定義中，initContainers?與?containers?同級，按順序逐個執行；
  • 當所有的 Init 容器運行完成時，Kubernetes 才會啟動 Pod 內的普通容器。

Init 容器與普通容器的核心差異：

  • 總是運行到完成：Init 容器必須執行完畢，才會啟動后續容器。
  • 串行執行：上一個 Init 容器運行完成后，才會啟動下一個。
  • 重啟策略關聯：若 Init 容器失敗，Kubernetes 會不斷重啟 Pod（除非 Pod 的?restartPolicy?為?Never）。

為 Pod 設置 Init 容器時，需在?spec?中添加?initContainers?字段（與?containers?同級），配置方式與普通容器類似，但?Init 容器不支持?lifecycle、livenessProbe、readinessProbe、startupProbe（因需在 Pod 就緒前運行完成）。

2.?延遲指定時間后啟動

需求：讓應用容器啟動前，Init 容器休眠 15 秒。

YAML 定義（init01.yml）：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:creationTimestamp: nulllabels:run: initc01name: initc01
spec:terminationGracePeriodSeconds: 0containers:- image: nginx:1.7.9imagePullPolicy: IfNotPresentname: n1resources: {}initContainers:- name: initc01image: nginx:1.7.9imagePullPolicy: IfNotPresentcommand: ["sh", "-c", "sleep 15"]  # 休眠15秒dnsPolicy: ClusterFirstrestartPolicy: Never
status: {}

部署與觀察：

# 創建 Pod
kubectl create -f init01.yml  # 持續查看 Pod 狀態（Init 階段會持續 15 秒）
kubectl get pod  
# 初始狀態：STATUS 為 Init:0/1  
# 15秒后，STATUS 變為 PodInitializing → Running

3.?使用初始化容器修改內核參數

需求：在 Init 容器中修改物理機內核參數（vm.swappiness=0，減少 swap 使用）。

關鍵說明：

容器默認無法修改內核參數，需通過?securityContext.privileged: true?賦予特權。

YAML 定義（init02.yml）：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:creationTimestamp: nulllabels:run: initc02name: initc02
spec:terminationGracePeriodSeconds: 0containers:- image: nginx:1.7.9imagePullPolicy: IfNotPresentname: n1resources: {}initContainers:- name: initc02image: alpine  # 選擇輕量鏡像imagePullPolicy: IfNotPresentcommand: ["sh", "-c", "/sbin/sysctl -w vm.swappiness=0"]  # 修改內核參數securityContext:privileged: true  # 賦予特權dnsPolicy: ClusterFirstrestartPolicy: Never
status: {}

驗證：

# 部署
kubectl apply -f init02.yml  # 查看 Pod 狀態
kubectl get pod  # 驗證內核參數是否修改成功
kubectl exec -it initc02 -- cat /proc/sys/vm/swappiness  
# 輸出應為 0

4.?等待依賴的服務啟動后再啟動應用

需求：Web 服務（Nginx）依賴 Redis 和 MySQL 服務，需等兩者就緒后再啟動。

(1) 創建帶 Init 容器的 Pod（myapp.yml）：

Init 容器通過?nslookup?檢查依賴服務的 DNS 解析（即服務是否就緒），未就緒則循環等待。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: nginxlabels:app: nginx
spec:containers:- name: nginximage: nginx:1.7.9ports:- containerPort: 80initContainers:- name: init-redisimage: busybox:1.28command: ['sh', '-c', 'until nslookup redis-server; do echo waiting for redis; sleep 2; done;']- name: init-mysqlimage: busybox:1.28command: ['sh', '-c', 'until nslookup mysql-server; do echo waiting for mysql; sleep 2; done;']

部署后觀察初始狀態：

kubectl create -f myapp.yml  
kubectl get pod  
# 狀態為 Init:0/2（兩個 Init 容器均未完成）

（2）?創建第一個依賴服務

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:labels:app: redisname: redis
spec:replicas: 1selector:matchLabels:app: redistemplate:metadata:labels:app: redisspec:containers:- image: redis:5.0imagePullPolicy: IfNotPresentname: redis
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:labels:app: redisname: redis-service
spec:ports:- port: 6379protocol: TCPtargetPort: 6379selector:app: redistype: NodePort

部署與驗證：

kubectl create -f redis-deployment.yml  
kubectl get svc  # 查看 redis-service 的 NodePort  
kubectl get pod  # Redis Pod 啟動后，Init 容器狀態變為 Init:1/2

（3）?創建第二個依賴服務

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:labels:app: mysqlname: mysql
spec:replicas: 1selector:matchLabels:app: mysqltemplate:metadata:labels:app: mysqlspec:containers:- env:- name: MYSQL_ROOT_PASSWORDvalue: 'moonfdd'image: 'mysql:8.0'imagePullPolicy: IfNotPresentname: mysql
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:labels:app: mysqlname: mysql-service
spec:ports:- port: 3306protocol: TCPtargetPort: 3306selector:app: mysqltype: NodePort

部署后最終狀態：

kubectl create -f mysql-deployment.yml  
kubectl get pod  
# Nginx Pod 狀態變為 Running（兩個 Init 容器均完成，依賴服務就緒）

（4）?完成 MySQL 服務定義

      name: mysqlvolumeMounts:- mountPath: /var/lib/mysqlname: volvvolumes:- hostPath:path: /root/k8s/moonfdd/mysql/var/lib/mysql  # 主機路徑，需提前創建type: DirectoryOrCreatename: volv
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:labels:app: mysqlname: mysql-service
spec:ports:- port: 3306protocol: TCPtargetPort: 3306selector:app: mysqltype: NodePort

部署與驗證：

kubectl create -f mysql-deployment.yml  
# 輸出：deployment.apps/mysql created、service/mysql-service created  kubectl get svc  
# 查看 mysql-service 的 NodePort（如 3306:31452/TCP）  kubectl get pod  
# 等待 MySQL Pod 啟動后，Nginx Pod 的 Init 容器完成，狀態變為 Running

5.?pause 容器

在 Kubernetes 中，pause 容器是每個 Pod 的 “基礎容器”，并非暫停執行，而是負責：

  • 共享網絡命名空間：Pod 內所有容器共享同一個 IP、端口空間，可通過?localhost?通信。
  • 維持網絡接口：為 Pod 配置網絡出口，使容器能訪問外部網絡。
  • 保證穩定性：即使業務容器停止，pause 容器運行時，Pod 網絡命名空間仍保留。
  • 生命周期綁定：pause 容器是 Pod 第一個啟動的容器，生命周期與 Pod 綁定（鏡像極小，約 700KB，運行?/pause?無限循環）。

Pause 容器的實現邏輯

Pod 內多個容器共享網絡的核心是?Infra 容器（即 pause 容器）：

  1. Infra 容器先啟動，創建 Pod 的 Network Namespace。
  2. 業務容器通過?Join Namespace?加入 Infra 的網絡命名空間。
  3. 所有容器看到的網絡設備、IP、MAC 完全一致，共享 Pod 級網絡資源。

驗證 pause 容器存在：

# 查看 Nginx Pod 所在節點  
kubectl get pod -o wide  # 在節點上查看容器（過濾 Nginx Pod 相關容器）  
docker ps | grep <pod-name>  
# 輸出中會包含：  
#   registry.aliyuncs.com/google_containers/pause:3.6  # pause 容器  
#   nginx 容器...

二、?臨時容器 Ephemeral Containers

生產環境中，業務鏡像通常不預裝調試工具（如?curl、wget、net-tools），導致排查問題時無法直接執行命令。Kubernetes 1.16+ 引入?臨時容器，支持動態注入調試工具，無需修改業務鏡像。

1.?臨時容器的概念

  • 用途：臨時附加到 Pod，用于在線調試（如診斷網絡、查看進程），不參與業務運行。
  • 特性：
    • 無自動重啟，狀態不影響業務容器。
    • 不支持?ports、livenessProbe、readinessProbe、resources?等字段（僅調試用）。
    • 通過特殊 API 創建（非?pod.spec），無法用?kubectl edit?修改，Pod 重啟后自動銷毀。
  • 場景：業務容器無 Shell、調試工具缺失時，快速注入?busybox?等鏡像進行診斷。

2.?臨時容器的使用示例

（1）?創建待調試的 Tomcat Pod

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: tomcat-testnamespace: defaultlabels:app: tomcat
spec:containers:- name: tomcat-javaports:- containerPort: 8080image: kubeguide/tomcat-app:v1imagePullPolicy: IfNotPresent

（2）?部署并查看 Pod

kubectl apply -f pod-tomcat.yml  
kubectl get pod  
# 狀態：Running（1/1）

（3）?注入臨時容器

kubectl debug -it tomcat-test \--image=busybox:1.28 \--target=tomcat-java
  • tomcat-test：目標 Pod 名稱。
  • --target=tomcat-java：指定注入到哪個業務容器的命名空間（共享網絡、PID 等）。
  • --image=busybox:1.28：臨時容器使用的鏡像（含常用調試工具）。

（4）?驗證臨時容器

# 檢查 Tomcat 端口  
netstat -tunlp | grep 8080  # 測試網絡連通性  
wget http://localhost:8080

三、?自動擴縮容 HPA

1.?什么是 HPA

  • 作用：根據資源利用率或自定義指標，動態擴縮 Pod 數量（僅支持可擴縮的資源，如 Deployment，不支持 DaemonSet）。
  • 原理：HPA 控制器定期（默認 15 秒）查詢 Metrics Server，對比實際指標與目標值，調整副本數。

2.?HPA 實踐步驟（以 Nginx 為例）

（1）?部署帶資源請求的 Nginx Deployment

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: nginx-serverlabels:name: nginx-server
spec:replicas: 2  # 初始副本數selector:matchLabels:app: nginxtemplate:metadata:labels:app: nginxspec:containers:- name: nginxresources:requests:  # 必須配置 requests，否則 Metrics Server 無法采集cpu: 10m  # 10 毫核（0.01 CPU）image: nginx:1.7.9ports:- name: nginxcontainerPort: 80

（2）?部署 Deployment

kubectl apply -f nginx-deployment.yml  
kubectl get deployment  
# 確認初始副本數為 2

（3）?安裝 Metrics Server

kubectl apply -f https://github.com/kubernetes-sigs/metrics-server/releases/latest/download/components.yaml

驗證 Metrics Server 運行

kubectl get pods -n kube-system -l k8s-app=metrics-server

（4）?創建 HPA 規則

kubectl autoscale deployment nginx-server \--cpu-percent=50 \  # 目標 CPU 利用率 50%--min=2 \           # 最小副本數--max=10            # 最大副本數

（5）?模擬負載，觸發擴縮容

# 進入 Nginx Pod，或在節點上運行：
stress --cpu 2 --timeout 600  # 模擬 2 個 CPU 核心滿載，持續 10 分鐘  # 觀察 HPA 狀態：
kubectl get hpa  
# CPU 利用率超過 50% 后，副本數會逐步增加到 max（10）。  # 停止壓測后，副本數會回落到 min（2）。

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