# Pod
- Docker 以容器为单位部署应用，而 k8s 以 Pod 为单位部署应用。
- 一个 Pod 包含一个或多个容器，又称为容器组。
# 配置
例：简单的 Pod 配置
apiVersion: v1 kind: Pod metadata: name: curl namespace: default spec: # Pod 的规格，表示期望 k8s 将该 Pod 部署成什么样子 containers: # 在 Pod 中定义一组容器 - command: - ping - baidu.com name: curl # 容器名 image: alpine/curl:latest- 将上述配置文件导入 k8s ，即可创建一个 Pod 。省略的其它配置参数会采用默认值。
例：详细的 Pod 配置
apiVersion: v1 kind: Pod metadata: name: nginx spec: containers: - name: nginx image: nginx:latest # imagePullPolicy: Always args: # 容器的启动命令，这会覆盖 Dockerfile 的 CMD 指令 - nginx - -c - /etc/nginx/nginx.conf command: # 容器的启动参数，这会覆盖 Dockerfile 的 ENTRYPOINT 指令 - bash - -c env: # 添加环境变量到容器终端 - name: k1 value: v1 workingDir: /tmp # 容器的工作目录，这会覆盖 Dockerfile 的 WORKDIR 指令 # terminationMessagePath: /dev/termination-log # 挂载一个文件到容器内指定路径，用于记录容器的终止信息 # terminationMessagePolicy: File imagePullSecrets: # 拉取镜像时使用的账号密码，从指定名称的 k8s secret 对象中读取 - name: my_harbor # restartPolicy: Always # 重启策略 # schedulerName: default-scheduler # 调度器的名称。默认采用 k8s 自带的 kube-scheduler ，用户也可以部署其它调度器 # terminationGracePeriodSeconds: 30 # kubelet 主动终止 Pod 时的宽限期，默认为 30s # hostname: <string> # 容器内的 hostname ，默认等于 pod name # hostIPC: false # 是否采用宿主机的 IPC namespace # hostNetwork: false # 是否采用宿主机的 Network namespace # hostPID: false # 是否采用宿主机的 PID namespace # shareProcessNamespace:false # 是否让所有容器共用 pause 容器的 PID namespaceStatic Pod 是一种特殊的 Pod ，由 kubelet 管理，不受 apiserver 控制，不能调用 ConfigMap 等对象。
- 用法：启动 kubelet 时加上参数
--pod-manifest-path=/etc/kubernetes/manifests，然后将 Pod 的配置文件保存到该目录下。kubelet 会定期扫描配置文件，启动 Pod 。 - 例如用 kubeadm 部署 k8s 集群时，会先用 systemctl 方式部署 kubelet ，然后 kubelet 以 Static Pod 方式部署 apiserver、kube-scheduler 等 k8s 组件。
- 用法：启动 kubelet 时加上参数
# containers
一个 Pod 中可以运行多个容器，特点：
- 各个容器必须设置不同的 name 。
- 所有容器内的 hostname 默认都等于 Pod name ，模拟一个虚拟机。
- 所有容器会被部署到同一个 k8s node 上。
- 所有容器共享一个 Network namespace ，可以相互通信。绑定同一个 Pod IP ，因此不能监听同一个端口号。
- 所有容器共享挂载的所有 volume 。
- 所有容器采用独立的 PID namespace ，保证每个容器的主进程的 PID 为 1 。
Pod 中的容器分为几种类型：
- 普通容器
- 一个 Pod 至少包含一个普通容器，用于运行一个业务应用。也可包含多个普通容器，但增加了 Pod 的复杂程度。
- init 容器
- ：启动 Pod 时，会先启动其中的 init 容器，用于执行一些初始化任务，执行完成之后就退出容器。
- 一个 Pod 可包含任意个 init 容器，它们会按 YAML 配置中的顺序，从上到下依次执行。
- 一个 Pod 中同时只能执行一个 init 容器。
- 当一个 init 容器执行成功之后（即进入 Succeeded 阶段），才启动下一个 init 容器。
- 当所有 init 容器都执行成功之后，才认为 init 阶段结束，同时启动所有普通容器。
- 如果某个 init 容器执行失败，则触发 restartPolicy ，重启整个 Pod 。
- 原生 k8s 认为 init 容器不应该长期运行，因此不支持 lifecycle、Probe 等配置。
- init 容器可能多次重启、重复执行，因此用户使用 init 容器时，应该实现幂等性。
- 例：
kind: Pod spec: containers: # 普通容器 - name: nginx image: nginx:latest initContainers: # init 容器 - name: init image: alpine/curl:latest # restartPolicy: Always # sidecar 形式的 init 容器 command: - touch - /tmp/f1
- 辅助容器（Sidecar）
- ：用于运行一些辅助服务，例如采集日志、监控告警、服务网格。
- 原生 k8s 没有设计 sidecar 类型的容器，当用户需要在 Pod 中运行一些辅助服务时，考虑到 init 容器不能长期运行，只能以普通容器的方式运行 sidecar ，这存在以下问题：
- 一个 Pod 包含不止一个普通容器，增加了 Pod 的复杂程度。
- 修改 sidecar 时需要重建 Pod 。
- 不能让 sidecar 在 init 容器之前启动。
- sidecar 通常会长期运行，导致 Job 类型的 Pod 不会终止。
- k8s v1.28 增加了 sidecar 形式的 init 容器：如果给一个 init 容器配置
restartPolicy: Always，则允许该 init 容器长期运行。- 该容器依然会按 init 容器的顺序启动。当该容器启动并通过 readinessProbe 健康检查时，才启动下一个 init 容器。
- 当 Pod 中的普通容器都退出时，整个 Pod 就算终止。即使还有 sidecar 形式的 init 容器在运行，也会被终止。
- 普通容器
临时容器（Ephemeral Containers）
- ：一种临时存在的容器，用于人工调试。
- 临时容器不能在 Pod spec 中定义，只能通过 API 创建。不会自动重启，不会自动删除。
- 例：在指定节点创建一个临时容器。这会创建一个 Pod ，名为 node-debugger-xxx ，采用 hostNetwork、hostPID 等
kubectl debug node/<node> -it --image=alpine/curl:latest -- sh kubectl delete pod node-debugger-xxx - 例：创建一个临时容器，添加到指定的 Pod
kubectl debug <pod> -it --image=alpine/curl:latest -- sh -c <name> # 创建这个临时容器的名称 --target=<name> # 共享指定容器的 PID namespace
# 拉取镜像
- Pod 中每个容器可分别配置 imagePullPolicy ，表示拉取镜像的策略。
- 默认配置为 Always ，表示每次创建容器时，都要拉取一次镜像。如果本机已存在该镜像，则只是校验哈希值。
- 可改为 IfNotPresent ，表示本机不存在该镜像时，才拉取一次。如果本机存在该镜像，则直接使用，不拉取。
- 优点：
- 即使 docker 仓库故障，也能使用本机已存在的镜像，启动 Pod 。
- 缺点：
- Pod 不一定采用最新版本的 Docker 镜像。
- 不需要 imagePullSecrets 就能使用本机已存在的镜像，存在安全风险。
- 优点：
- 例：假设制作一个镜像 nginx:latest ，部署成 Pod 。然后制作一个新镜像，哈希值不同，但依然命名为 nginx:latest ，推送到镜像仓库。当重新部署 Pod 时，
- 如果 imagePullPolicy 为 IfNotPresent ，则会使用本机已有的旧镜像。
- 如果 imagePullPolicy 为 Always ，则会拉取新镜像。
- 每个节点的 kubelet 可以同时启动多个 Pod ，但默认以串行方式拉取镜像，即同时只拉取一个镜像。
- 如果想并行拉取镜像，可修改 kubelet 的配置参数：
serializeImagePulls: false # 取消串行拉取镜像，即采用并行拉取 maxParallelImagePulls: <int> # 最多并行拉取多少个镜像，默认不限制 - 评价并行拉取：
- 优点：避免因为一个 Pod 拉取镜像慢，而阻塞其它 Pod 拉取镜像。
- 缺点：如果 kubelet 同时启动多个 Pod ，且这些 Pod 采用相同的镜像，则并行拉取会重复拉取相同的镜像，反而比串行拉取慢。
- 如果从内网镜像仓库拉取镜像，网速很快，则建议采用串行拉取。
- 如果想并行拉取镜像，可修改 kubelet 的配置参数：
# 日志
- 容器内的应用程序，建议按以下方式输出日志：
- 尽量将所有日志，输出到容器终端 stdout、stderr ，这样会被 k8s 自动采集、清理。
- 如果将日志输出到容器内某个磁盘文件，则需要考虑如何采集、清理该文件，较麻烦。
- 可以在 Pod 中增加一个 sidecar 容器，保持运行
tail -f xx.log命令，将文件中的日志，拷贝到容器终端输出。 - 可以在 Pod 中增加一个 sidecar 容器，保持运行 filebeat 进程，采集文件中的日志，发送到 kafka 等数据平台。
- 可以在 Pod 中增加一个 sidecar 容器，保持运行
- 程序异常终止时，可以将少量信息记录到 /dev/termination-log 文件中。
- 默认 Pod 配置了
terminationMessagePolicy: File，表示让 k8s 读取 /dev/termination-log 的内容，记录到 Pod 的 status 中，便于用户查看 Pod 的终止原因。 - 如果 Pod 配置了
terminationMessagePolicy: FallbackToLogsOnError，则 Pod 异常终止时，k8s 会先尝试读取 /dev/termination-log 的内容。如果该文件为空，则读取容器终端输出的最后 2KB 内容，记录到 Pod 的 status 中。
- 默认 Pod 配置了
# env
Pod 中每个容器，可以配置一组 env 环境变量。例如：
kind: Pod spec: containers: - name: curl image: alpine/curl:latest env: - name: IP value: '127.0.0.1' - name: PORT value: '80'- k8s 创建容器时，会自动将这些变量加入 shell 环境变量，供容器内进程读取。
- 用户可以进入容器终端，执行
env，查看 shell 环境变量有哪些。
进一步地，k8s 还支持在创建容器之前，引用 env 环境变量。例如：
kind: Pod spec: containers: - name: curl image: alpine/curl:latest command: ["echo", "$(URL)"] # 配置容器时，可以在 command、args 命令中引用环境变量 env: - name: IP value: '127.0.0.1' - name: PORT value: '80' - name: URL value: 'http://$(IP):$(PORT)' # 配置 env 时，可以在一个环境变量中，引用另一个已经赋值的环境变量注意区分以下几种语法：
command: ["echo", "$IP:${PORT}"] # 这是直接执行 echo 命令，不是在 shell 中执行命令，因此 $ 符号不会生效，输出结果为 $IP:${PORT} command: ["sh", "-c", "echo $IP:${PORT}"] # 这是在 shell 中执行命令，因此 $ 符号会读取 shell 环境变量，输出结果为 127.0.0.1:80 command: ["echo", "$(IP):$(PORT)"] # 语法 $() 会让 k8s 创建容器时引用 env 环境变量，而不是引用 shell 环境变量。如果该变量不存在，则 $ 符号不生效，会输出原字符串可以将 Pod 的 一些字段 (opens new window) 保存为 env 环境变量，例：
env: - name: POD_NAME valueFrom: fieldRef: apiVersion: v1 fieldPath: metadata.name - name: APP_NAME valueFrom: fieldRef: apiVersion: v1 fieldPath: metadata.labels['k8s-app'] - name: LIMITS_CPU valueFrom: resourceFieldRef: containerName: container-0 resource: limits.cpu
# DNS
k8s 集群内通常会运行一个 DNS 服务器，比如 CoreDNS 。允许创建一些只在 k8s 集群内有效的域名，解析到 pod_ip 或 service_ip 。
- k8s 默认会修改每个 Pod 内的 /etc/resolv.conf 文件，让 Pod 将 DNS 查询请求发送到该 DNS 服务器。
- 例如在 Pod 内访问任一 k8s service_name 时，默认会 DNS 解析到 service_ip 。
建议让 Pod 慎用 DNS 查询功能。因为：
- 进行 DNS 查询需要一定耗时。
- Pod 里运行的程序可能不尊重 DNS 查询结果的 TTL ，甚至无限期缓存 DNS 查询结果，直到重启程序。
dnsPolicy 表示容器内采用的 DNS 策略，常见的几种取值：
- ClusterFirst
- ：默认值，表示查询一个域名时，优先解析为 k8s 集群内域名。如果不能解析，才尝试解析为集群外域名。
- 此时会自动在宿主机 /etc/resolv.conf 文件的基础上为容器生成 /etc/resolv.conf 文件，内容示例：
nameserver 10.43.0.10 # k8s 集群内的 DNS 服务器，比如 CoreDNS search default.svc.cluster.local svc.cluster.local cluster.local openstacklocal options ndots:5- 如果查询同一个命名空间下的短域名，比如 nginx ，则首先尝试解析 nginx.default.svc.cluster.local ，因此第一个 search 域就解析成功。
- 如果查询其它命名空间下的域名，比如 redis.db.svc.cluster.local ，其点数为 4 ，因此第一个 search 域会解析失败，第二个 search 域才解析成功，增加了 DNS 请求数。
- Default
- ：采用 Pod 的宿主机的 /etc/resolv.conf 文件，因此不能解析 k8s 集群内域名。
- None
- ：不自动为容器生成 /etc/resolv.conf 文件，此时需要用 dnsConfig 自定义配置。
- ClusterFirst
dnsConfig 用于自定义容器内 /etc/resolv.conf 文件中的配置参数。例：
kind: Pod spec: dnsPolicy: "None" dnsConfig: nameservers: - 8.8.8.8 searches: - default.svc.cluster.local options: - name: ndots value: "4" - name: timeout value: "3"除了修改 DNS 服务器，也可以修改 Pod 中的 /etc/hosts 文件，从而影响 DNS 解析。例：
kind: Pod spec: hostAliases: # 修改 Pod 中的 /etc/hosts 文件，添加一些解析规则 - ip: 127.0.0.1 hostnames: - localhost - ip: 10.0.0.1 hostnames: - node1 - server1- /etc/hosts 文件的内容，来源于容器镜像。用户不应该手动修改该文件，否则重建容器时，该文件会被还原。
- 不管是否配置 hostAliases ，k8s 都会修改 Pod 中的 /etc/hosts 文件，添加一条规则
<pod_ip> <pod_name>。
# priority
- 优先级（priority）
- ：多个 Pod 同时等待 kube-scheduler 调度时，会选出 priority 最高的 Pod 优先调度。如果该 Pod 调度成功或不可调度，才调度 priority 较低的 Pod 。
- 抢占（Preemption）
- ：当一个 Pod 缺乏可用资源来调度时，会自动驱逐某个节点上一些 priority 较低的 Pod （这会优雅地终止），腾出 CPU、内存等资源。
- 在抢占成功之前，如果出现另一个可用节点，则停止抢占。
- 在抢占成功之前，如果出现另一个 priority 更高的 Pod ，则优先调度它。而当前 Pod 会重新调度。
- PriorityClass
- ：一种不受命名空间管理的 k8s 对象，用于配置 Pod priority 。
- 例：创建一个 PriorityClass绑定到 Pod ：
apiVersion: scheduling.k8s.io/v1 kind: PriorityClass metadata: name: test-priority value: 1000 # 优先级，取值范围为 0~2^32 ，默认为 0 # preemptionPolicy: PreemptLowerPriority # 抢占策略，默认会抢占 priority 较低的 Pod 。设置成 Never 则放弃抢占 # globalDefault: false # 是否将该 PriorityClass 默认绑定到所有 Pod 。最多存在一个默认的 PriorityClass此后新创建的 Pod 会自动根据 PriorityClass 设置 priority ，但不会影响已创建的 Pod 。kind: Pod spec: priorityClassName: test-priority - k8s 自带了两个 PriorityClass ，用于部署系统组件。
system-cluster-critical system-node-critical
# securityContext
可选配置 securityContext 字段，声明安全上下文。如下：
apiVersion: v1 kind: Pod metadata: name: curl spec: securityContext: runAsUser: 1000 # 启动容器内每个进程时，采用该 user id 身份。如果不配置该字段，则由 Dockerfile 决定 uid runAsGroup: 2000 # 启动容器内每个进程时，采用该 group id 身份。如果不配置该字段，则由 Dockerfile 决定 gid fsGroup: 3000 # 指定容器内用户所属的扩展用户组，并且将 volume 中所有文件的 gid 改为该值 fsGroupChangePolicy: Always # 每次挂载 volume 时，递归修改其中所有文件的 gid 。这是默认策略，但如果有大量文件需要处理，则会拖慢 Pod 启动速度 # fsGroupChangePolicy: OnRootMismatch # 每次挂载 volume 时，如果根目录的 gid 不符合 securityContext ，才递归修改 capabilities: ... # 给容器分配某些方面的 Linux 权限，参考 https://man7.org/linux/man-pages/man7/capabilities.7.html drop: - all add: - NET_BIND_SERVICE seLinuxOptions: ... # 基于 seLinux 这个 Linux 内核模块，限制容器的权限 seccompProfile: ... # 基于 seccomp 这个 Linux 内核模块，限制容器的权限 containers: - name: curl image: alpine/curl:latest securityContext: privileged: false # 是否特权容器 volumeMounts: - name: vol-data mountPath: /data volumes: - name: vol-data emptyDir: sizeLimit: 100Mi- 可以在 Pod 级别配置 securityContext ，也可给 Pod 中的每个 container、initContainers、ephemeralContainers 单独配置 securityContext 。
- 如果在 Pod 级别配置了 securityContext.xx 字段，并且在 container 级别未配置同名字段，则会继承 Pod 级别的配置。
关于 fsGroup 配置参数：
- 工作原理：
- 每次挂载 volume 到 Pod 时，将 volume 中所有文件的 gid 改为该值。（不会修改文件的 uid）
- 挂载之后，如果容器内进程在该 volume 目录下新建文件，则文件的 uid 取决于 runAsUser 参数，文件的 gid 取决于 fsGroup 参数。（通过 Linux setgid 实现）
- 挂载之后，如果容器内进程在非 volume 目录下新建文件，则文件的 uid 取决于 runAsUser 参数，文件的 gid 取决于 runAsGroup 参数。
- 如果挂载 hostPath 类型的 volume ，则不会修改其 gid 。
- 只能在 Pod 级别配置 fsGroup 和 fsGroupChangePolicy ，在 container 级别不支持配置。
- 工作原理：
用上述配置创建一个 Pod ，然后进入容器终端，效果如下：
$ id uid=1000 gid=2000 groups=2000,3000 $ touch /data/f1 $ ls -alh /data total 0 drwxrwsr-x 2 root 3000 16 Jan 12 12:22 . drwxr-xr-x 1 root root 40 Jan 12 12:19 .. -rw-r--r-- 1 1000 3000 0 Jan 12 12:22 f1
# 生命周期
- 一个对象从创建到存在、删除的过程称为生命周期（lifecycle）。这里分析下 Pod 的生命周期。
# 创建
从用户角度来看，创建 Pod 的流程：
- 用户编写 Pod 的配置文件，声明 Pod 的期望状态。
- 用户执行命令
kubectl apply -f xx.yml，创建 Pod 。 - k8s 自动部署该 Pod 。
从 k8s 角度来看，创建 Pod 的流程：
- 客户端发送请求到 apiserver ，请求创建一个 Pod 。
- apiserver 检查客户端请求是否有效，包括身份认证、鉴权、准入控制等。如果有效，才继续下一步。
- apiserver 创建 Pod ，将配置信息保存到 etcd 数据库。
- kube-scheduler 一直通过 watch 机制监听 apiserver 的 event ，发现有新建的 Pod 就自动管理，决定将该 Pod 调度到哪个节点上。
- 每个节点的 kubelet 一直通过 watch 机制监听 apiserver 的 event ，发现有新调度到当前节点的 Pod 就自动部署，包括拉取镜像、创建容器等工作。
- kubelet 保持运行 Pod ，定期上报节点状态、Pod 状态到 apiserver 。
# phase
Pod 的生命周期分为多个阶段（phase）：
- Pending
- ：Pod 已创建，但尚未运行。
- Running
- ：运行中。表示 Pod 中所有 init 容器已执行完，所有普通容器已创建，且至少有一个普通容器处于 running 状态。
- Succeeded
- ：Pod 中所有容器都已经正常终止。又称为 Completed 状态。
- Failed
- ：Pod 中所有容器都已经终止，且至少有一个容器是异常终止。
- Unkown
- ：状态未知。
- 例如 apiserver 与 kubelet 断开连接时，就不知道 Pod 的状态。
- Pending
一般 Pod 会按顺序经过 Pending、Running、Succeeded 阶段，但也可能在几个阶段之间反复切换。
k8s 定义了上述几个 Pod phase ，不过通常还会用 Scheduled、terminated 等状态（status）来形容 Pod 。
# 启动
- Pod 在 Pending 阶段，需要完成以下任务，才能进入 Running 阶段。
- 调度节点
- 这决定了将 Pod 部署到哪个节点上。
- 每个 Pod 在创建之后，只会被调度一次。一旦 Pod 被调度到一个节点，就会一直运行直到被删除，不能迁移部署到其它节点。
- 拉取镜像
- 如果拉取镜像失败，则 Pod 报错 ImagePullBackOff ，会每隔一段时间重试拉取一次。间隔时间按 0s、10s、20s、40s 数列增加，最大为 5min 。Pod 成功运行 10min 之后会重置间隔时间。
- 创建容器
- kubelet 会调用 CRI 组件来创建容器，调用 CNI 组件来配置容器的网络，调用 CSI 组件来挂载数据卷。
- 启动容器
- kubelet 会先启动 init 容器，再启动普通容器。
- 调度节点
# 终止
如果 Pod 中所有容器已终止运行，处于 terminated 状态，则认为整个 Pod 处于终止（terminated）状态。
- Pod 终止并不是暂停。此时容器内进程已退出、消失，不能恢复运行。
- Pod 终止之后，可能触发 restartPolicy ，也可能被 Deployment、Job 等控制器自动删除。如果没有删除，则会一直占用 Pod IP 等资源。
- kube-controller-manager 会在 terminated pod 数量达到 terminated-pod-gc-threshold 阈值时，删除它们。
- 用户也可以添加一个 crontab 任务来删除 Failed Pod ：
kubectl delete pods --all-namespaces --field-selector status.phase=Failed
Pod 终止的常见原因：
- Pod 自行终止，进入 Succeeded 或 Failed 阶段。
- kubelet 主动终止 Pod 。一般流程如下：
- kubelet 发现 Pod 变为 Terminating 状态，于是主动终止 Pod 。
- kubelet 向容器内 1 号进程发送 SIGTERM 信号，然后等待容器终止。
- 等待宽限期（terminationGracePeriodSeconds）时长之后，如果容器仍未终止，则向容器内所有进程发送 SIGKILL 信号。因为有宽限期，这称为优雅地终止。
- Linux 内核主动终止 Pod 。
- 比如因为 OOM 杀死容器内 1 号进程、用 kill 命令杀死容器内 1 号进程。
- 这种情况不受 kubelet 控制，因此宽限期不生效。Pod 会立即终止，可能中断正在执行的事务，甚至丢失数据。
- 主机宕机，导致所有 Pod 终止。
用户可调用 apiserver 的以下几种 API ，让 kubelet 终止 Pod ，称为自愿中断（voluntary disruptions）。
- Delete Pod
- 流程如下：
- apiserver 将 Pod 标记为 Terminating 状态。
- kubelet 发现 Pod 变为 Terminating 状态，于是终止 Pod ，删除其中的容器，然后通知 apiserver 。
- apiserver 从 etcd 数据库删除 Pod 。
- 在 k8s 中，修改一个 Pod 的配置时，实际上会创建新 Pod 、删除旧 Pod 。
- 流程如下：
- Evict Pod
- ：驱逐，过程与 Delete 一致。
- kubelet 会在节点资源不足时自动驱逐 Pod ，此时 Pod 会标记为 evicted 状态、进入 Failed 阶段。
- Deploytment 不会自动删除下级的 evicted Pod ，而 DaemonSet、StatefulSet 会自动删除。
- Delete Pod
# 重启
kubelet 启动一个 Pod 之后，会一直运行其中的所有容器，直到容器终止，即容器从 running 状态变为 terminated 状态。
- 任一容器终止之后，都会根据 restartPolicy 判断是否自动重启。
- 重启容器时，实际上是创建一个新的容器实例，而旧的容器实例会被 kubelet 根据垃圾回收策略自动删除。
- 如果容器连续重启失败，则重启的间隔时间按 0s、10s、20s、40s 数列增加，最大为 5min 。容器成功运行 10min 之后会重置间隔时间。
- 如果 Pod 中包含多个容器，则每个容器的重启间隔会分别计算。所有容器的重启次数之和，记作 Pod 的重启次数。
- Pod 不支持限制重启次数，会无限重启。而 Job 可通过 backoffLimit 限制重试次数。
Pod 的重启策略（restartPolicy）分为三种：
Always # 当容器终止时，总是会自动重启。这是默认策略 OnFailure # 只有当容器异常终止时，才会自动重启 Never # 总是不会自动重启- Deployment、Daemonset、StatefulSet 适合部署长期运行的 Pod ，容器退出时会自动自动重启，除非被删除。因此 restartPolicy 只能为 Always 。
- Job 适合部署运行一段时间就会自行终止的 Pod ，因此 restartPolicy 只能为 Never 或 OnFailure 。
例：
- 部署一个名为 kafka 的 Pod ，包含 kafka、exporter 两个容器，restartPolicy 为 always 。
- 执行命令
docker ps -a | grep kafka，可见节点上存在 3 个容器：Up 5 minutes k8s_exporter_kafka-dcr7n_base_0d5af3a6-b27e-4e21-a39e-a2d25f704152_0 Up 5 minutes k8s_kafka_kafka-dcr7n_base_0d5af3a6-b27e-4e21-a39e-a2d25f704152_0 Up 5 minutes k8s_POD_kafka-dcr7n_base_0d5af3a6-b27e-4e21-a39e-a2d25f704152_0 # 每个 Pod 都会先创建一个 pause 容器 - 用
docker stop终止 kafka 容器，则 kubelet 会立即创建一个新的 kafka 容器，此时全部容器如下：Up 3 seconds k8s_exporter_kafka-dcr7n_base_0d5af3a6-b27e-4e21-a39e-a2d25f704152_1 # 新容器，容器名末尾的 restart_count 为 1 Exited (2) 4 seconds ago k8s_exporter_kafka-dcr7n_base_0d5af3a6-b27e-4e21-a39e-a2d25f704152_0 # 旧容器已终止，退出码为 2 Up 5 minutes k8s_kafka_kafka-dcr7n_base_0d5af3a6-b27e-4e21-a39e-a2d25f704152_0 Up 5 minutes k8s_POD_kafka-dcr7n_base_0d5af3a6-b27e-4e21-a39e-a2d25f704152_0- 上一个 kafka 容器的 restart_count 为 0 ，因此 kubelet 创建新容器时，将 restart_count 递增，改为 1 。
- 如果此时用
docker rm -f删除 kafka 容器，则 kubelet 创建新容器时，restart_count 依然为 1 ，不会递增。因此容器名不变，只是容器 id 不同。
- 再用
docker stop终止 kafka 容器，此时 containerStatuses 如下：kubelet 会等待 10s 才创建一个新的 kafka 容器，此时 containerStatuses 如下：state: terminated: # 容器处于 terminated 状态 containerID: docker://223a2fd66e35d391275594a4e174ab01de5e72bc6b965bfc768eed4c041bd21a exitCode: 2 finishedAt: "2020-01-17T02:58:18Z" reason: Error # 处于当前状态的原因是 Error ，表示异常终止 startedAt: "2020-01-17T02:57:45Z"state: waiting: # 容器处于 waiting 状态 message: back-off 10s restarting failed reason: CrashLoopBackOff # 处于当前状态的原因是 CrashLoopBackOff ，表示从崩溃到重启的循环- 上例只终止一个容器，Pod 内还有其它普通容器在运行，因此 Pod 一直处于 Running 阶段。
- 如果同时终止 Pod 内所有容器，则 Pod 会进入 Failed 阶段，也会根据 restartPolicy 重启。
# 状态
以下是一个 Pod 对象的状态示例：
kind: Pod
status:
conditions: # Pod 的一些状态条件
- type: Initialized # condition 类型
status: "True" # 是否符合当前 condition ，可以取值为 True 、False 、Unknown
lastProbeTime: null # 最近一次探测的时刻
lastTransitionTime: "2021-12-01T08:20:23Z" # 最近一次改变该 condition 的 status 的时刻
- type: Ready
status: "True"
lastProbeTime: null
lastTransitionTime: "2021-12-01T08:21:24Z"
containerStatuses: # 容器的状态
- containerID: docker://2bc5f548736046c64a10d9162024ed102fba0565ff742e16cd032c7a1b75cc29
image: nginx:latest
imageID: docker-pullable://nginx@sha256:db3c9eb0f9bc7143d5995370afc23f7434f736a5ceda0d603e0132b4a6c7e2cd
name: nginx
ready: true
restartCount: 0 # Pod 被 restartPolicy 重启的次数
started: true
state:
running:
startedAt: "2021-12-01T08:21:23Z"
hostIP: 10.0.0.1
podIP: 10.42.57.150
phase: Running # Pod 所处的生命周期阶段
startTime: "2021-12-01T08:20:23Z"
与 phase 类似，k8s 给一些资源定义了多种状态条件（conditions）。
- 一个资源可能同时符合多种 conditions ，但同时只能处于一种 phase 。例如 Pod 可以同时符合 PodScheduled、Ready 条件。
- k8s 会根据一个资源符合哪些 conditions ，判断该资源所处的 phase 。
- 用户可以添加自定义的 conditions 。
status.conditions.type 记录了 Pod 的多种 conditions ：
PodScheduled # Pod 已被调度到一个节点上 Unschedulable # Pod 不能被调度到节点上。可能是缺乏可用节点、找不到挂载卷等资源 Initialized # Pod 中的所有 init 容器都已运行成功 ContainersReady # Pod 中的所有容器已运行，且处于就绪状态 Ready # 整个 Pod 处于就绪状态，可以开始工作，又称为健康（health）状态。此时该 Pod 才会加入 EndPoints ，被 Service 反向代理status.containerStatuses.state 记录了容器的状态，有以下三种取值：
waiting # 等待一些条件才能启动。比如拉取镜像、挂载数据卷、等待重启间隔 running # 正在运行 terminated # 已终止运行，包括正常终止、异常终止Pod 的状态主要取决于其中容器的状态。
- 当所有容器处于 running 状态，并通过 readinessProbe 检查时，Pod 才处于 Running 阶段、Ready 状态。
- 当任一容器变为 terminated 状态时，kubelet 会将 Pod 取消 Ready 状态，并触发 restartPolicy 。
# 探针
Pod 有时会遇到以下问题，推荐的解决方案是使用探针。
- 容器刚启动时，可能还在初始化，kubelet 就认为 Pod 处于 Ready 状态，过早接入 Service 的访问流量。
- 容器运行期间突然故障，kubelet 却不能发现，依然接入 Service 的访问流量。
可以给 Pod 定义三种不同用途的探针，让 kubelet 定期对容器进行健康检查：
- startupProbe
- ：启动探针，用于判断容器是否已启动成功。如果探针结果为 Failure ，则触发 restartPolicy 。
- 适用于启动耗时较久的容器。
- readinessProbe
- ：就绪探针，用于探测容器是否就绪。如果探测结果为 Success ，则将 Pod 标记为 Ready 状态。
- 适用于运行期间可能故障，且不需要重启的容器。
- livenessProbe
- ：存活探针，用于探测容器是否正常运行。如果探测结果为 Failure ，则触发 restartPolicy 。
- 适用于运行期间可能故障，且需要重启的容器。
- startupProbe
定义了探针时，会按以下顺序执行：
- 创建容器，执行启动命令 ENTRYPOINT 。
- 执行 startupProbe 探针，判断容器是否已启动成功。如果启动成功，才执行另外两个探针。
- 执行 readinessProbe、livenessProbe 探针，判断容器运行期间是否故障。
- 这两个探针会周期性执行、并发执行。
探针可执行多种操作：
exec # 在当前容器中执行指定命令，如果命令的退出码为 0 ，则探测结果为 Success tcpSocket # 访问容器的指定 TCP 端口，如果能建立 TCP 连接（不必保持），则探测结果为 Success httpGet # 向容器的指定端口、URL 发出 HTTP GET 请求，如果收到响应报文，且状态码为 2xx 或 3xx ，则探测结果为 Success grpc- 执行 exec 操作时，产生的 stdout、stderr 不会输出到容器终端，除非主动重定向，例如：
run.sh 1> /proc/1/fd/1 2> /proc/1/fd/2 - 执行 exec 操作时，不能通过语法
$()引用 spec.containers[].env 中的环境变量。
- 执行 exec 操作时，产生的 stdout、stderr 不会输出到容器终端，除非主动重定向，例如：
每次执行探针时，探测结果有三种：
Success Failure Unknown # 未知结果，此时不采取行动- Pod 默认未定义探针，相当于探测结果一直为 Success 。
- Pod 定义了探针时，探测结果默认为 Failure ，需要探测成功，才能变为 Success 。
- 如果探测结果为 Failure ，则会记录一个 Warning 级别的 k8s event ，例如：
Unhealthy: Readiness probe failed
例：
kind: Pod
spec:
containers:
- name: nginx
startupProbe:
exec:
command:
- ls
- /tmp/health
# initialDelaySeconds: 0 # 容器刚启动时，等待几秒才开始第一次探测
# periodSeconds: 10 # 每隔几秒探测一次
# timeoutSeconds: 1 # 每次探测的超时时间
# failureThreshold: 3 # 容器处于 Success 时，连续多少次探测为 Failure ，才判断容器为 Failure
# successThreshold: 1 # 容器处于 Failure 时，连续多少次探测为 Success ，才判断容器为 Success
readinessProbe:
httpGet:
path: /health
port: 80
# scheme: HTTP
httpHeaders: # 给请求报文添加 Headers
- name: X-Custom-Header
value: hello
livenessProbe:
tcpSocket:
port: 80
periodSeconds: 3
- 定义了 startupProbe 探针时，容器必须在
initialDelaySeconds + failureThreshold × periodSeconds时长内成功启动，否则会触发 restartPolicy ，陷入死循环。
# hook
k8s 支持添加钩子（hook），用于当容器生命周期发生某些 k8s event 时，执行自定义的操作。
- hook 可执行 exec、httpGet 等类型的操作，像探针。
目前可添加两种 hook ：
postStart ：在启动容器时执行，使得 kubelet 启动容器的流程变成这样：
- kubelet 创建容器。
- 在容器内执行启动命令 ENTRYPOINT 作为 1 号进程，执行 postStart 作为普通进程。
- postStart 与 ENTRYPOINT 是异步执行的，不能控制先后执行的顺序。
- 等 postStart 执行成功之后，kubelet 才会将容器的状态改为 Running 。
- 如果 postStart 执行结果为 Failure ，则触发 restartPolicy 。
- 如果容器的 postStart 一直在执行，则该容器会阻塞在 ContainerCreating 状态。此时 Pod 不能正常终止，需要执行
kubectl delete --force $pod。
- 执行 startupProbe 探针。
- 执行 readinessProbe、livenessProbe 探针。
preStop ：在终止容器时执行，使得 kubelet 终止容器的流程变成这样：
- kubelet 发现 Pod 的状态变为 Terminating （可能是因为 apiserver 要求终止该 Pod ），于是开始主动终止 Pod 。
- kubelet 主动终止 Pod 时，才会执行 preStop 钩子。
- 如果容器自己终止变为 Succeeded 或 Failed 状态，或者容器被 OOM 终止，这些过程不受 kubelet 控制，因此不会执行 preStop 钩子。
- kubelet 执行 preStop 钩子，然后等待容器终止。
- 如果 preStop 执行完了，容器仍未终止，则向容器内 1 号进程发送 SIGTERM 信号，然后继续等待容器终止。
- 等待宽限期（terminationGracePeriodSeconds）时长之后，如果容器仍未终止，则向容器内所有进程发送 SIGKILL 信号。
- kubelet 发现 Pod 的状态变为 Terminating （可能是因为 apiserver 要求终止该 Pod ），于是开始主动终止 Pod 。
例：
kind: Pod spec: contaienrs: - name: nginx lifecycle: postStart: exec: command: - /bin/bash - -c - echo hello; sleep 1 preStop: httpGet: path: /stop port: 80终止 Pod 时（例如减少 replicas 、更新 Deployment），可能终止一些尚未处理完业务请求的 Pod 。可采用以下对策，实现优雅终止：
- 如果 Pod 处理业务请求的耗时只有几分钟，则可添加 preStop 钩子，避免 Pod 被立即终止。
- 如果 Pod 处理业务请求的耗时长达几小时，则可通过 Job 方式部署 Pod ，让 Pod 运行一段时间之后自行终止。
# 资源配额
Pod 中的容器默认可以无限占用 CPU、内存，可能导致节点资源不足。因此建议给每个容器配置 resources 资源配额，例：
kind: Pod spec: containers: - name: nginx image: nginx:latest resources: limits: cpu: 500m # 每秒占用的 CPU 核数 ephemeral-storage: 1Gi # 占用的临时磁盘空间 memory: 512Mi # 占用的内存 requests: cpu: 100m ephemeral-storage: 100Mi memory: 100Mirequests 表示该容器期望占用的资源量，limits 表示该容器最多占用的资源量。
- 创建 Pod 时，如果任一容器配置的 requests 大于 limits 值，则创建失败。
- 调度 Pod 时，会将所有容器的 requests 总和记作 Pod requests ，然后寻找可用资源不低于 Pod requests 的节点。如果不存在，则调度失败。
- 启动 Pod 时，会为各个容器分别创建一个 Cgroup ，然后根据该容器的 limits 设置 cpu.cfs_quota_us、memory.limit_in_bytes 阈值，从而限制该容器的资源开销。
- k8s v1.8 增加了 ephemeral-storage 功能，用于声明容器的磁盘配额。它不是基于 Cgroup 技术，而是直接测量 Pod 的 container rootfs、container log、emptyDir 占用的磁盘空间。
当容器占用的资源超过 limits 时：
- 如果超过 limits.cpu ，则让 CPU 暂停执行容器内所有进程，直到下一个 CPU 周期。
- 如果超过 limits.memory ，则触发 OOM-killer ，杀死容器内占用内存最多的那个进程。通常是杀死容器内 1 号进程，导致容器终止，然后根据 restartPolicy 自动重启。
- 如果超过 limits.ephemeral-storage ，则 kubelet 会发出驱逐信号 ephemeralpodfs.limit ，从当前节点驱逐该 Pod 的所有容器。
建议监控 Pod 内各个容器运行一段时间的实际资源开销，据此配置 requests、limits 。
- 例如用脚本自动配置：
requests.cpu = average_over_24_hours(monitor.cpu) # 根据 24 小时的平均开销设置 requests 资源 limits.cpu = max_over_24_hours(monitor.cpu) # 根据 24 小时的最大开销设置 requests 资源 - 理想的情况是，Pod 的 requests 等于 limits ，这样 k8s 容易预测 Pod 的资源开销，将 Pod 调度到有足够资源的节点上，避免运行 Pod 一段时间之后才发现节点资源不足。
- 有些 Pod 的资源开销不稳定，难以预测。例如一个 Pod 运行一段时间，平均只占用 0.1 核 CPU ，但启动时占用 1 核 CPU ，高峰期占用 2 核 CPU 。
- 如果配置 requests=limits=2 ，远大于平均开销，则大部分时间都会浪费节点资源。
- 如果配置 requests=limits=0.1 ，远小于启动开销、高峰期开销，则启动耗时久、高峰期 Pod 资源不足。
- 如果配置 requests=0.1、limits=2 ，则能解决上述两个问题，但 k8s 难以预测 Pod 的资源开销。如果多个这样的 Pod 调度到同一个节点上，limits 之和可能超过节点总资源，高峰期可能耗尽节点资源。
- 如果通过 VPA 自动调整 Pod 的资源开销，则能解决上述三个问题，但比较麻烦。
- 例如用脚本自动配置：
Pod 包含 init 容器时，这样考虑资源配额：
- 如果多个 init 容器配置了同一种配额，比如 requests.cpu、limits.cpu ，则采用这些 init 容器中最大的一个配额，作为有效值，作用于所有 init 容器的运行过程。
- 调度 Pod 时，节点的可用资源必须大于以下两者的较大值：
- 所有普通容器的 requests 配额的总和
- 全部 init 容器的 requests 配额的有效值
# QoS
- k8s 在调度 Pod 时有几种 QoS（Quality of Service，服务质量）。
- 用户不能主动选择 QoS 。k8s 会自动根据 Pod 的 resources 配置，给 Pod 分配一种 qosClass 。
- Pod 的 qosClass 有三种，服务质量从高到低排列如下：
- Guaranteed
- ：有保证的服务质量。
- 需要 Pod 中每个容器都配置了 requests.cpu、limits.cpu 且两者相等，都配置了 requests.memory、limits.memory 且两者相等。
- 例如用以下配置创建 Pod ：查看 Pod 的状态，可见：
resources: limits: memory: 200Mi cpu: 100m requests: memory: 200Mi cpu: 100mstatus: qosClass: Guaranteed
- Burstable
- ：不稳定的服务质量。
- 需要 Pod 不满足 Guaranteed QoS 的条件，但至少有一个容器配置了 requests.cpu、limits.cpu、requests.memory、limits.memory 至少一项。即 Pod 有 resources 配置但不严格。
- 一般而言，大部分类型的 Pod 只能满足 Burstable 的条件，不能满足 Guaranteed 的严格条件。
- BestEffort
- ：尽力而为的服务质量。
- 需要 Pod 中所有容器都没有配置 requests.cpu、limits.cpu、requests.memory、limits.memory 。此时 k8s 不能预测、限制 Pod 的 cpu、memory 开销，只能尽力而为。
- Guaranteed
- qosClass 的影响：
- 发生节点压力驱逐时，优先驱逐 BestEffort、Burstable 类型的 Pod 。如果不存在这两种 Pod ，才驱逐 Guaranteed 类型的 Pod 。
- 服务质量越低，容器被 Cgroup 设置的 oom_score_adj 分数越大，越可能在主机内存紧张时被 OOM 杀死。
- Guaranteed 类型的 oom_score_adj 为 -997 ，Burstable 类型的是根据公式
min(max(2, 1000-(1000*memoryRequestBytes)/machineMemoryCapacityBytes), 999)计算，BestEffort 类型的为 1000 。
- Guaranteed 类型的 oom_score_adj 为 -997 ，Burstable 类型的是根据公式
# RuntimeClass
- 可以创建 RuntimeClass 对象，自定义容器运行时。
- 例：
apiVersion: node.k8s.io/v1 kind: RuntimeClass metadata: name: test-rc handler: test-rc # 通过 CRI 调用某个 handler ，负责创建、管理容器 # overhead: # podFixed: # 单个 Pod 本身需要占用的系统资源 # cpu: 100m # memory: 100Mi # scheduling: # 调度规则，用于将 Pod 调度到某些节点上，比如支持该容器运行时的节点 # nodeSelector: # project: test # tolerations: # - key: k1 # operator: Equal # value: v1 # effect: NoSchedulekind: Pod spec: runtimeClassName: runC-pod # Pod 采用的 RuntimeClass 。默认为空，即采用默认的容器运行时 - 默认的 Pod overhead 为空，即不考虑。如果指定了非空值，则：
- 调度 Pod 时，会累计 Container requests、Pod overhead 资源，作为 Pod requests ，寻找有足够可用资源的节点。
- 启动 Pod 时，会累计 Container limits、Pod overhead 资源，作为 Pod limits ，根据它设置 Cgroup 阈值。
# LimitRange
- 可以创建 LimitRange 对象，设置单个容器的资源配额的默认值、取值范围。例：
apiVersion: v1 kind: LimitRange metadata: name: test-limit-range namespace: default # 作用于该命名空间 spec: limits: - default: # 每个容器 limits 的默认值 cpu: 500m memory: 512Mi ephemeral-storage: 1Gi # defaultRequest: # 每个容器 requests 的默认值。如果不指定，则自动设置为上述的 default 值 # memory: 100Mi # max: # 每个容器 limits 的最大值 # memory: 1Gi # min: # 每个容器 requests 的最小值 # memory: 100Mi type: Container- 创建容器时，
- 如果未指定 limits、requests ，则自动设置为默认值。特别地，如果指定了 limits、未指定 requests ，则将 requests 设置为 limits 。
- 如果指定的 limits 不符合 max、min 条件，则创建失败。
- 已创建的容器不受 LimitRange 影响。
- 创建容器时，
# ResourceQuota
- 可以创建 ResourceQuota 对象，限制一个 namespace 中全部 Pod 的资源总配额。例：
apiVersion: v1 kind: ResourceQuota metadata: name: test-rq namespace: default spec: hard: requests.cpu: "10" # 限制全部 Pod 的 requests 资源的总和 limits.cpu: "20" requests.memory: 1Gi limits.memory: 2Gi requests.storage: 100Gi # 限制 PVC 的总容量 persistentvolumeclaims: "10" # 限制 PVC 的总数 requests.ephemeral-storage: 100Gi limits.ephemeral-storage: 100Gi pods: "100" # 限制 Pod 的总数 services: "100" count/deployments.apps: "100" # 可用 count/<resource> 的语法限制某种资源的总数 hugepages-<size>: "100" # 限制 某种尺寸的 hugepages 的总数 nvidia.com/gpu: 2 # 设置 GPU 资源，这需要安装 GPU 驱动 # scopes: # 只限制指定范围的 Pod # - BestEffort # - NotBestEffort # scopeSelector: # matchExpressions: # - operator: In # 运算符可以是 In、NotIn、Exists、DoesNotExist # scopeName: PriorityClass # values: # - high- 创建 Pod 时，如果该 Pod 加上已调度 Pod 的 limits、requests 超过总配额，则创建失败。
- terminated 状态的 Pod 不会占用 cpu、memory、pods 等资源配额，但会占用 storage 等资源配额。