K8S-Pod(上)

Pod概念

Pod 是可以在 Kubernetes 中創建和管理的、最小的可部署的計算單元。

Pod是一組（一個或多個）容器；這些容器共享存儲、網絡、以及怎樣運行這些容器的規約。Pod 中的內容總是并置（colocated）的并且一同調度，在共享的上下文中運行。Pod 所建模的是特定于應用的“邏輯主機”，其中包含一個或多個應用容器，這些容器相對緊密地耦合在一起。

核心特性

  • 共享上下文：Pod 的共享上下文包括一組 Linux 名字空間、控制組（CGroup）和可能一些其他的隔離方面。在 Pod 的上下文中，各獨立的應用可能會進一步實施隔離。
  • 邏輯主機：Pod 類似于共享名字空間并共享文件系統卷的一組容器。
  • 容器運行時：為了運行 Pod，你需要提前在每個節點安裝好容器運行時（如 Containerd 或 Docker）。

兩種主要用法

單容器 Pod

最常見的 Kubernetes 使用模式，將 Pod 視為單個容器的包裝器。Kubernetes 直接管理 Pod 而不是容器本身。

多容器 Pod

Pod 可以封裝由緊密耦合且需要共享資源的多個并置容器組成的應用。這些位于同一位置的容器構成一個內聚的服務單元。

將多個并置、同管的容器組織到一個 Pod 是一種相對高級的使用場景。橫向擴展應通過副本機制實現，而非在同一 Pod 中添加多個容器。

Pod 示例

下面是一個 Pod 示例，它由一個運行鏡像 nginx:1.14.2 的容器組成。

# simple-pod.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: nginx
spec:containers:- name: nginximage: nginx:1.14.2ports:- containerPort: 80

要創建上面顯示的 Pod，運行以下命令：

kubectl apply -f simple-pod.yaml

通過工作負載資源管理 Pod

使用工作負載資源來創建和管理 Pod。Pod 被設計成了相對臨時性的、用后即拋的一次性實體。

直接創建 Pod 的問題

  • Pod 是臨時性的，節點故障會導致 Pod 丟失
  • 缺乏擴縮容能力
  • 沒有自動修復機制
  • 無法實現滾動更新

常見的工作負載資源

  • Deployment：適用于管理無狀態應用，支持滾動更新和回滾。
  • StatefulSet：適用于管理有狀態應用，提供穩定的網絡標識和持久存儲。
  • DaemonSet：確保所有（或部分）節點上運行一個 Pod 的副本。
  • Job：用于運行一次性任務。
  • CronJob：用于運行周期性任務。

這些資源的控制器能夠處理副本的管理、上線，并在 Pod 失效時提供自愈能力。

Deployment示例

**apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: nginx-deploymentlabels:app: nginx
spec:replicas: 3selector:matchLabels:app: nginxstrategy:type: RollingUpdaterollingUpdate:maxSurge: 25%maxUnavailable: 25%template:metadata:labels:app: nginxspec:containers:- name: nginximage: nginx:1.25.3ports:- containerPort: 80**

Pod 模板

工作負載資源的控制器使用 Pod 模板 來創建和管理 Pod。Pod 模板是包含在工作負載對象中的規范，是目標狀態的一部分。

apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:name: hello
spec:template:# 這里是 Pod 模板spec:containers:- name: helloimage: busybox:1.28command: ['sh', '-c', 'echo "Hello, Kubernetes!" && sleep 3600']restartPolicy: OnFailure# 以上為 Pod 模板

重要：修改 Pod 模板不會對已經存在的 Pod 直接起作用。控制器會根據新模板創建新的 Pod 來替換舊的 Pod。

Pod 生命周期

Pod 被調度到節點上后會一直保持運行，直到：

  • Pod 中的容器執行完畢。
  • Pod 對象被刪除。
  • Pod 因資源不足而被驅逐。
  • 節點失效。

生命周期階段

  1. Pending（掛起）：Pod 已被 Kubernetes 系統接受，但有一個或多個容器尚未創建或運行。
  2. Running（運行中）：Pod 已綁定到一個節點，所有容器都已創建。至少有一個容器仍在運行，或者正處于啟動或重啟過程中。
  3. Succeeded（成功）：Pod 中的所有容器都已成功終止，并且不會再重啟。
  4. Failed（失敗）：Pod 中的所有容器都已終止，并且至少有一個容器是因為失敗終止。
  5. Unknown（未知）：通常是由于無法與 Pod 所在節點的 kubelet 通信所致。

重啟策略

通過 spec.restartPolicy 字段控制

  • Always：容器失敗時總是重啟（默認）。
  • OnFailure：容器以非零狀態退出時重啟。
  • Never：從不重啟。

Init 容器

Pod 可以包含在應用容器啟動前運行的 Init 容器。Init 容器總是運行到完成為止，并且每個 Init 容器都必須成功啟動，下一個 Init 容器才能運行。如果 Init 容器失敗，Kubernetes 會不斷地重啟 Pod，直到 Init 容器成功為止。

容器探針

-器進程還在運行，并不代表應用是健康的。它可能死鎖、可能正在啟動（但還未就緒）、可能依賴的服務不可用。探針讓 Kubernetes 能夠感知應用內部的真實狀態，并做出相應決策。

探針類型

  • livenessProbe：檢測容器是否正在運行。如果失敗，kubelet 會殺死容器，然后根據重啟策略進行處理。
  • readinessProbe：檢測容器是否已準備好服務請求。如果失敗，端點控制器將從與 Pod 匹配的所有 Service 的端點中移除該 Pod 的 IP 地址。
  • startupProbe：指示容器內的應用是否已啟動。如果提供了啟動探針，則所有其他探針都會被禁用，直到它成功為止。

探針的三種動作

  • ExecAction：在容器內執行指定命令。
    • 如果命令退出碼為 0，則認為診斷成功。
    • 配置 : livenessProbe: exec: command: - cat - /tmp/healthy
  • TCPSocketAction：對指定端口上的容器 IP 地址進行 TCP 檢查。
    • 如果端口能連通，則認為診斷成功。
    • 配置 : livenessProbe: tcpSocket: port: 8080
  • HTTPGetAction：對指定端口和路徑上的容器 IP 地址執行 HTTP Get 請求。
    • 如果響應的狀態碼在 200 到 399 之間，則認為診斷成功。
    • 配置 : livenessProbe: httpGet: path: /healthz port: 8080 httpHeaders: - name: Custom-Header value: Awesome

Pod 的資源共享和通信

存儲

  • 一個 Pod 可以設置一組共享的存儲卷（Volume）。Pod 中的所有容器都可以訪問該共享卷，從而允許這些容器共享數據。卷還允許 Pod 中的持久數據保留下來，即使其中的容器需要重新啟動。
  • 容器中的文件系統是臨時的，容器重啟后文件會丟失。

卷

卷是一個目錄，可以被 Pod 中的一個或多個容器訪問。卷的生命周期不屬于容器，它由 Pod 和外部存儲源決定。

類型
  • emptyDir
    • 生命周期：與 Pod 的生命周期完全一致。Pod 被刪除，數據也隨之刪除。
    • 用途：用于 Pod 內容器之間的臨時數據共享（例如，一個容器生產數據，另一個容器消費數據）。節點重啟后數據也會丟失。
  • hostPath：
    • 生命周期：將節點上的文件系統目錄或文件掛載到 Pod 中。數據持久化在節點上，即使 Pod 被刪除，數據依然存在。
  • configMap / secret：
    • 生命周期：將 Kubernetes 對象（ConfigMap/Secret）中的數據作為文件或環境變量注入到容器中。
  • 持久卷 (persistentVolumeClaim - PVC)：
    • 生產環境的標準做法。
    • 生命周期：獨立于 Pod。Pod 被刪除后，數據依然安全地保存在外部存儲系統中（如云硬盤、NFS、Ceph 等）。
    • 工作原理：管理員預先創建持久卷 (PersistentVolume, PV)：代表一塊實際的網絡存儲。用戶創建持久卷聲明 (PersistentVolumeClaim, PVC)：像一個“申請單”，聲明需要多大的存儲、需要什么訪問模式（如 ReadWriteOnce）。在 Pod 中通過 volumes.persistentVolumeClaim 字段綁定 PVC。

PVC示例

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: my-app-with-db
spec:containers:- name: appimage: my-app:latestvolumeMounts:- name: data-storage # 掛載名為 data-storage 的卷mountPath: /var/data # 掛載到容器內的路徑volumes:- name: data-storage # 定義卷的名稱persistentVolumeClaim:claimName: my-pvc # 指定要使用的PVC名稱

網絡

  • 每個 Pod 都在每個地址族中獲得一個唯一的 IP 地址。
  • Pod 中的每個容器共享網絡名字空間，包括 IP 地址和網絡端口。
  • Pod 內的容器可以使用 localhost 互相通信。
  • 不同 Pod 中的容器具有不同的 IP 地址，需要通過 Pod IP 進行通信。

網絡實現細節：

  1. 暫停容器 (Pause Container)：

    • 當創建一個 Pod 時，Kubernetes 會先創建一個名為 pause 的極小容器。它的唯一作用是持有 Pod 的網絡命名空間 (Network Namespace)。
    • Pod 內的其他容器（用戶容器）會通過 Docker 的 --net=container:<id> 參數加入到這個 pause 容器的網絡命名空間中，從而實現網絡共享。

  2. 容器間通信：

    • 在同一個 Pod 內，容器可以通過 localhost 和端口號直接通信，就像在同一臺機器上一樣。

  3. Pod 間通信：

    • Pod-to-Pod：通過對方的 Pod IP 直接通信。這是最基礎的通信方式，但 Pod IP 是臨時的，Pod 重啟后會改變。
    • Service：為了解決 Pod IP 不固定的問題，Kubernetes 引入了 Service。Service 是一個穩定的抽象層，它有一個固定的 虛擬 IP (VIP) 和 DNS 名稱。Service 通過標簽選擇器 (Selector) 將流量負載均衡到一組后端 Pod 上。
      • ClusterIP：默認類型，在集群內部暴露 Service。
      • NodePort：通過每個節點的靜態端口暴露 Service。
      • LoadBalancer：使用云提供商的負載均衡器對外暴露 Service。
    • Ingress：用于管理外部訪問集群內服務的 HTTP/HTTPS 路由規則，提供更高級的功能如基于域名和路徑的路由、SSL 終止等。它本身不是一種 Service，而是位于 Service 之前的入口控制器。
示例：網絡訪問流程

外部用戶 -> (通過 LoadBalancer/NodePort) -> Service (VIP) -> (通過 iptables/IPVS 規則) -> 目標 Pod (在某個節點上)。

K8S官方文檔
參考文章
K8Buard關于Pod存儲官方文檔

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