Kubernetes（k8s）pod详解_k8s pod 状态

一、简介

在Kubernetes集群中，Pod是所有业务类型的基础，也是K8S管理的最小单位级，它是一个或多个容器的组合。这些容器共享存储、网络和命名空间，以及如何运行的规范。在Pod中，所有容器都被统一安排和调度，并运行在共享的上下文中。对于具体应用而言，Pod是它们的逻辑主机，Pod包含业务相关的多个应用容器。

二、Pod实现机制与设计模式

每个Pod都有一个特殊的被称为"根容器"的Pause 容器（Pause容器，又叫Infrastructure容器）。 Pause容器对应的镜像属于Kubernetes平台的一部分，除了Pause容器，每个Pod还包含一个或者多个紧密相关的用户业务容器。

众所周知，容器之间是通过Namespace隔离的，Pod要想解决上述应用场景，那么就要让Pod里的容器之间高效共享。
具体分为两个部分：网络和存储

• 共享网络

kubernetes的解法是这样的：会在每个Pod里先启动一个infra container小容器，然后让其他的容器连接进来这个网络命名空间，然后其他容器看到的网络试图就完全一样了，即网络设备、IP地址、Mac地址等，这就是解决网络共享问题。在Pod的IP地址就是infra container的IP地址。

• 共享存储

比如有两个容器，一个是nginx，另一个是普通的容器，普通容器要想访问nginx里的文件，就需要nginx容器将共享目录通过volume挂载出来，然后让普通容器挂载的这个volume，最后大家看到这个共享目录的内容一样。

例如：

# pod-write-read.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-pod
spec:
  containers:
  - name: write
    image: centos
    command: ["bash","-c","for i in {1..100};do echo $i >> /data/hello;sleep 1;done"]
    volumeMounts:
      - name: data
        mountPath: /data
 
  - name: read
    image: centos
    command: ["bash","-c","tail -f /data/hello"]
    volumeMounts:
      - name: data
        mountPath: /data
   
  volumes:
  - name: data
    emptyDir: {}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24

上述示例中有两个容器，write容器负责提供数据，read消费数据，通过数据卷将写入数据的目录和读取数据的目录都放到了该卷中，这样每个容器都能看到该目录。
验证：

$ kubectl apply -f pod-write-read.yaml
$ kubectl logs my-pod -c read -f
1
2

在Pod中容器分为以下几个类型：

• Infrastructure Container：基础容器，维护整个Pod网络空间，对用户不可见
• InitContainers：初始化容器，先于业务容器开始执行，一般用于业务容器的初始化工作
• Containers：业务容器，具体跑应用程序的镜像

三、镜像拉取策略

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod001
spec:
  containers:
    - name: busybox001
      image: busybox
      imagePullPolicy: IfNotPresent
1
2
3
4
5
6
7
8
9

imagePullPolicy 字段有三个可选值：

• IfNotPresent：镜像在宿主机上不存在时才拉取

• Always：默认值,每次创建 Pod 都会重新拉取一次镜像

• Never： Pod 永远不会主动拉取这个镜像

注意，这里的重启是指在Pod所在Node上面本地重启，并不会调度到其他Node上去。

四、资源限制

Pod资源配额有两种：

申请配额：调度时使用，参考是否有节点满足该配置

• spec.containers[].resources.limits.cpu

• spec.containers[].resources.limits.memory

限制配额：容器能使用的最大配置

• spec.containers[].resources.requests.cpu

• spec.containers[].resources.requests.memory

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod002
spec:
  containers:
  - name: busybox002
    image: busybox
    resources:
      requests:
        memory: "64Mi"
        cpu: "250m"
      limits:
        memory: "128Mi"
        cpu: "500m"
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

其中cpu值比较抽象，可以这么理解：

1核=1000m

1.5核=1500m

那上面限制配置就是1核的二分之一（500m），即该容器最大使用半核CPU。

该值也可以写成浮点数，更容易理解：

半核=0.5

1核=1

1.5核=1.5

五、重启策略

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod003
spec:
  containers:
  - name: busybox003
    image: busybox
  restartPolicy: Always
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

restartPolicy字段有三个可选值：

• Always：当容器终止退出后，总是重启容器，默认策略。

• OnFailure：当容器异常退出（退出状态码非0）时，才重启容器。适于job

• Never：当容器终止退出，从不重启容器。适于job

六、 健康检查

默认情况下，kubelet 根据容器状态作为健康依据，但不能容器中应用程序状态，例如程序假死。这就会导致无法提供服务，丢失流量。因此引入健康检查机制确保容器健康存活。

健康检查有两种类型：

• livenessProbe

如果检查失败，将杀死容器，根据Pod的restartPolicy来操作。

• readinessProbe

如果检查失败，Kubernetes会把Pod从service endpoints中剔除。

这两种类型支持三种检查方法：

• httpGet

发送HTTP请求，返回200-400范围状态码为成功。

• exec

执行Shell命令返回状态码是0为成功。

• tcpSocket

发起TCP Socket建立成功。

# health-check.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
    test: liveness
  name: liveness-exec
spec:
  containers:
  - name: liveness
    image: busybox
    args:
    - /bin/sh
    - -c
    - touch /tmp/healthy; sleep 30; rm -rf /tmp/healthy; sleep 60
    livenessProbe:
      exec:
        command:
        - cat
        - /tmp/healthy
      initialDelaySeconds: 5
      periodSeconds: 5
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22

上述示例：启动容器第一件事在容器内创建文件，停止30s，删除该文件，再停止60s，确保容器还在运行中。

验证现象：容器启动正常，30s后异常，会restartPolicy策略自动重建，容器继续正常，反复现象。

$ kubectl apply -f health-check.yaml
$ kubectl describe pod liveness-exec
$ 
1
2
3

七、调度策略

先看下创建一个Pod的工作流程： create pod -> apiserver -> write etcd -> scheduler -> bind pod to node -> write etcd -> kubelet( apiserver get pod) -> dcoekr api,create container -> apiserver -> update pod status to etcd -> kubectl get pods

Pod根据调度器默认算法将Pod分配到合适的节点上，一般是比较空闲的节点。但有些情况我们希望将Pod分配到指定节点，该怎么做呢？

这里给你介绍调度策略：nodeName、nodeSelector和污点

1）nodeName

nodeName用于将Pod调度到指定的Node名称上。
例如：下面示例会绕过调度系统，直接分配到k8s-node1节点。

# SchedulePolicy-nodeName.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
    run: busybox
  name: busyboxnn
  namespace: default
spec:
  nodeName: k8s-node1
  containers:
  - image: busybox
    name: bs
    command:
    - "ping"
    - "baidu.com"
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

执行&查看

$ kubectl apply -f SchedulePolicy-nodeName.yaml
$ kubectl get pod busyboxnn -o wide
1
2

2）nodeSelector

nodeSelector用于将Pod调度到匹配Label的Node上。先给规划node用途，然后打标签，例如将两台node划分给不同团队使用：

$ kubectl label nodes k8s-node1 team=a
$ kubectl label nodes k8s-node2 team=b
1
2

后在创建Pod只会被调度到含有team=a标签的节点上。

# SchedulePolicy-nodeSelector.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: busyboxsn
  namespace: default
spec:
  nodeSelector:
    team: b
  containers:
  - image: busybox
    name: bs
    command:
    - "ping"
    - "baidu.com"
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

执行&查看

$ kubectl apply -f SchedulePolicy-nodeSelector.yaml
$ kubectl get pod busyboxsn -o wide
1
2

3）taint（污点）与tolerations（容忍）

• 污点应用场景：节点独占，例如具有特殊硬件设备的节点，如GPU
  设置污点命令：
  kubectl taint node [node] key=value[effect]

其中[effect] 可取值：

• NoSchedule ：一定不能被调度。
• PreferNoSchedule：尽量不要调度。
• NoExecute：不仅不会调度，还会驱逐Node上已有的Pod。

示例：

先给节点设置污点，说明这个节点不是谁都可以调度过来的：

$ kubectl taint node k8s-node1  abc=123:NoSchedule
1

查看污点：

$ kubectl describe node k8s-node1 |grep Taints
1

然后在创建Pod只有声明了容忍污点（tolerations），才允许被调度到abc=123污点节点上。

# SchedulePolicy-tolerations.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
    run: busybox
  name: busybox3
  namespace: default
spec:
  tolerations:
  - key: "abc"
    operator: "Equal"
    value: "123"
    effect: "NoSchedule"
  containers:
  - image: busybox
    name: bs
    command:
    - "ping"
    - "baidu.com"
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

如果不配置容忍污点，则永远不会调度到k8s-node1。（也可以叫做反亲和性）
去掉污点：

kubectl taint node k8s-node1 abc=123:NoSchedule

$ kubectl taint node k8s-node1 abc:NoSchedule-
1

master节点默认是打了污点标记，不调度的，去掉污点标记

#添加 尽量不调度 PreferNoSchedule 
kubectl taint nodes k8s-master node-role.kubernetes.io/master:PreferNoSchedule
#去除污点NoSchedule，最后一个"-"代表删除
kubectl taint nodes k8s-master node-role.kubernetes.io/master:NoSchedule-
1
2
3
4

八、Pod状态

1）Pod常见状态

1、Pending：等待中

Pod已经被创建，但还没有完成调度，或者说有一个或多个镜像正处于从远程仓库下载的过程。处在这个阶段的Pod可能正在写数据到etcd中、调度、pull镜像或启动容器。

2、Running：运行中

该 Pod 已经绑定到了一个节点上，Pod 中所有的容器都已被创建。至少有一个容器正在运行，或者正处于启动或重启状态。

3、Succeeded：正常终止

Pod中的所有的容器已经正常的执行后退出，并且不会自动重启，一般会是在部署job的时候会出现。

4、Failed：异常停止

Pod 中的所有容器都已终止了，并且至少有一个容器是因为失败终止。也就是说，容器以非0状态退出或者被系统终止。

5、Terminating 或 Unknown 状态

从 v1.5 开始，Kubernetes 不会因为 Node 失联而删除其上正在运行的 Pod，而是将其标记为 Terminating 或 Unknown 状态。

6、Error 状态

通常处于 Error 状态说明 Pod 启动过程中发生了错误。常见的原因包括：

• 依赖的 ConfigMap、Secret 或者 PV 等不存在
• 请求的资源超过了管理员设置的限制，比如超过了 LimitRange 等
• 违反集群的安全策略，比如违反了 PodSecurityPolicy 等
• 容器无权操作集群内的资源，比如开启 RBAC 后，需要为 ServiceAccount 配置角色绑定。

7、Completed状态

状态由ContainerCreating变为Completed再变为CrashLoopBackOff，原因是command: 或args 参数错误无法正常执行。

用一张图来表示Pod的各个状态

2）Pod 其它状态详细说明

pod启动后停止问题总结（ContainerCreating-》Completed-》CrashLoopBackOff）：

pod 是否能持续运行，是由执行命令决定的，执行命令如果一执行就停止，控制台也停止持续输出，pod生命周期就结束，pod状态就会变成CrashLoopBackOff。