Pod 是可以在 Kubernetes 中创建和管理的、最小的可部署的计算单元。

Pod （就像在鲸鱼荚或者豌豆荚中）是一组（一个或多个） 容器； 这些容器共享存储、网络、以及怎样运行这些容器的声明。 Pod 中的内容总是并置（colocated）的并且一同调度，在共享的上下文中运行。 Pod 所建模的是特定于应用的“逻辑主机”，其中包含一个或多个应用容器， 这些容器是相对紧密的耦合在一起的。 在非云环境中，在相同的物理机或虚拟机上运行的应用类似于 在同一逻辑主机上运行的云应用。

除了应用容器，Pod 还可以包含在 Pod 启动期间运行的 Init 容器。 你也可以在集群中支持临时性容器 的情况下，为调试的目的注入临时性容器。

什么是 Pod？

说明： 除了 Docker 之外，Kubernetes 支持 很多其他容器运行时， Docker 是最有名的运行时， 使用 Docker 的术语来描述 Pod 会很有帮助。

Pod 的共享上下文包括一组 Linux 名字空间、控制组（cgroup）和可能一些其他的隔离 方面，即用来隔离 Docker 容器的技术。 在 Pod 的上下文中，每个独立的应用可能会进一步实施隔离。

就 Docker 概念的术语而言，Pod 类似于共享名字空间和文件系统卷的一组 Docker 容器。

使用 Pod

通常你不需要直接创建 Pod，甚至单实例 Pod。 相反，你会使用诸如 Deployment 或 Job 这类工作负载资源 来创建 Pod。如果 Pod 需要跟踪状态， 可以考虑 StatefulSet 资源。

Kubernetes 集群中的 Pod 主要有两种用法：

  • 运行单个容器的 Pod。"每个 Pod 一个容器"模型是最常见的 Kubernetes 用例； 在这种情况下，可以将 Pod 看作单个容器的包装器，并且 Kubernetes 直接管理 Pod，而不是容器。
  • 运行多个协同工作的容器的 Pod。 Pod 可能封装由多个紧密耦合且需要共享资源的共处容器组成的应用程序。 这些位于同一位置的容器可能形成单个内聚的服务单元 —— 一个容器将文件从共享卷提供给公众， 而另一个单独的“边车”（sidecar）容器则刷新或更新这些文件。 Pod 将这些容器和存储资源打包为一个可管理的实体。

说明： 将多个并置、同管的容器组织到一个 Pod 中是一种相对高级的使用场景。 只有在一些场景中，容器之间紧密关联时你才应该使用这种模式。

每个 Pod 都旨在运行给定应用程序的单个实例。如果希望横向扩展应用程序（例如，运行多个实例 以提供更多的资源），则应该使用多个 Pod，每个实例使用一个 Pod。 在 Kubernetes 中，这通常被称为 副本（Replication）。 通常使用一种工作负载资源及其控制器 来创建和管理一组 Pod 副本。

参见 Pod 和控制器以了解 Kubernetes 如何使用工作负载资源及其控制器以实现应用的扩缩和自动修复。

Pod 怎样管理多个容器

Pod 被设计成支持形成内聚服务单元的多个协作过程（形式为容器）。 Pod 中的容器被自动安排到集群中的同一物理机或虚拟机上，并可以一起进行调度。 容器之间可以共享资源和依赖、彼此通信、协调何时以及何种方式终止自身。

例如，你可能有一个容器，为共享卷中的文件提供 Web 服务器支持，以及一个单独的 “sidecar（挂斗）”容器负责从远端更新这些文件，如下图所示：

【K8s概念】Pods_服务器

有些 Pod 具有 Init 容器 和 应用容器。 Init 容器会在启动应用容器之前运行并完成。

Pod 天生地为其成员容器提供了两种共享资源：网络和 存储。

使用 Pod

你很少在 Kubernetes 中直接创建一个个的 Pod，甚至是单实例（Singleton）的 Pod。 这是因为 Pod 被设计成了相对临时性的、用后即抛的一次性实体。 当 Pod 由你或者间接地由 控制器 创建时，它被调度在集群中的节点上运行。 Pod 会保持在该节点上运行，直到 Pod 结束执行、Pod 对象被删除、Pod 因资源不足而被 驱逐 或者节点失效为止。

说明： 重启 Pod 中的容器不应与重启 Pod 混淆。 Pod 不是进程，而是容器运行的环境。 在被删除之前，Pod 会一直存在。

当你为 Pod 对象创建清单时，要确保所指定的 Pod 名称是合法的 DNS 子域名。

Pod 和控制器

你可以使用工作负载资源来创建和管理多个 Pod。 资源的控制器能够处理副本的管理、上线，并在 Pod 失效时提供自愈能力。 例如，如果一个节点失败，控制器注意到该节点上的 Pod 已经停止工作， 就可以创建替换性的 Pod。调度器会将替身 Pod 调度到一个健康的节点执行。

下面是一些管理一个或者多个 Pod 的工作负载资源的示例：

  • Deployment
  • StatefulSet
  • DaemonSet

Pod 模版

负载资源的控制器通常使用 Pod 模板（Pod Template） 来替你创建 Pod 并管理它们。

Pod 模板是包含在工作负载对象中的规范，用来创建 Pod。这类负载资源包括 Deployment、 Job 和 DaemonSets等。

工作负载的控制器会使用负载对象中的 PodTemplate 来生成实际的 Pod。 PodTemplate 是你用来运行应用时指定的负载资源的目标状态的一部分。

下面的示例是一个简单的 Job 的清单，其中的 template 指示启动一个容器。 该 Pod 中的容器会打印一条消息之后暂停。

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


修改 Pod 模版或者切换到新的 Pod 模版都不会对已经存在的 Pod 起作用。 Pod 不会直接收到模版的更新。相反， 新的 Pod 会被创建出来，与更改后的 Pod 模版匹配。

例如，Deployment 控制器针对每个 Deployment 对象确保运行中的 Pod 与当前的 Pod 模版匹配。如果模版被更新，则 Deployment 必须删除现有的 Pod，基于更新后的模版 创建新的 Pod。每个工作负载资源都实现了自己的规则，用来处理对 Pod 模版的更新。

在节点上，kubelet并不直接监测 或管理与 Pod 模版相关的细节或模版的更新，这些细节都被抽象出来。 这种抽象和关注点分离简化了整个系统的语义，并且使得用户可以在不改变现有代码的 前提下就能扩展集群的行为。

Pod 更新与替换

正如前面章节所述，当某工作负载的 Pod 模板被改变时，控制器会基于更新的模板 创建新的 Pod 对象而不是对现有 Pod 执行更新或者修补操作。

Kubernetes 并不禁止你直接管理 Pod。对运行中的 Pod 的某些字段执行就地更新操作 还是可能的。不过，类似 patch 和 replace 这类更新操作有一些限制：

  • Pod 的绝大多数元数据都是不可变的。例如，你不可以改变其 namespace、name、 uid 或者 creationTimestamp 字段；generation 字段是比较特别的，如果更新 该字段，只能增加字段取值而不能减少。
  • 如果 metadata.deletionTimestamp 已经被设置，则不可以向 metadata.finalizers 列表中添加新的条目。
  • Pod 更新不可以改变除 spec.containers[].image、spec.initContainers[].image、 spec.activeDeadlineSeconds 或 spec.tolerations 之外的字段。 对于 spec.tolerations，你只被允许添加新的条目到其中。
  • 在更新spec.activeDeadlineSeconds 字段时，以下两种更新操作是被允许的：
    1.如果该字段尚未设置，可以将其设置为一个正数；
    2.如果该字段已经设置为一个正数，可以将其设置为一个更小的、非负的整数。

资源共享和通信

Pod 使它的成员容器间能够进行数据共享和通信。

Pod 中的存储

一个 Pod 可以设置一组共享的存储卷。 Pod 中的所有容器都可以访问该共享卷，从而允许这些容器共享数据。 卷还允许 Pod 中的持久数据保留下来，即使其中的容器需要重新启动。 有关 Kubernetes 如何在 Pod 中实现共享存储并将其提供给 Pod 的更多信息， 请参考卷。

Pod 联网

每个 Pod 都在每个地址族中获得一个唯一的 IP 地址。 Pod 中的每个容器共享网络名字空间，包括 IP 地址和网络端口。 Pod 内 的容器可以使用 localhost 互相通信。 当 Pod 中的容器与 Pod 之外 的实体通信时，它们必须协调如何使用共享的网络资源 （例如端口）。

在同一个 Pod 内，所有容器共享一个 IP 地址和端口空间，并且可以通过 localhost 发现对方。 他们也能通过如 SystemV 信号量或 POSIX 共享内存这类标准的进程间通信方式互相通信。 不同 Pod 中的容器的 IP 地址互不相同，没有 特殊配置 就不能使用 IPC 进行通信。 如果某容器希望与运行于其他 Pod 中的容器通信，可以通过 IP 联网的方式实现。

Pod 中的容器所看到的系统主机名与为 Pod 配置的 name 属性值相同。 网络部分提供了更多有关此内容的信息。

容器的特权模式

Pod 中的任何容器都可以使用容器规约中的 安全性上下文中的 privileged 参数启用特权模式。 这对于想要使用操作系统管理权能（Capabilities，如操纵网络堆栈和访问设备） 的容器很有用。 容器内的进程几乎可以获得与容器外的进程相同的特权。

说明： 你的容器运行时必须支持 特权容器的概念才能使用这一配置。

静态 Pod

静态 Pod（Static Pod） 直接由特定节点上的 kubelet 守护进程管理， 不需要API 服务器看到它们。 尽管大多数 Pod 都是通过控制面（例如，Deployment） 来管理的，对于静态 Pod 而言，kubelet 直接监控每个 Pod，并在其失效时重启之。

静态 Pod 通常绑定到某个节点上的 kubelet。 其主要用途是运行自托管的控制面。 在自托管场景中，使用 kubelet 来管理各个独立的 控制面组件。

kubelet 自动尝试为每个静态 Pod 在 Kubernetes API 服务器上创建一个 镜像 Pod。 这意味着在节点上运行的 Pod 在 API 服务器上是可见的，但不可以通过 API 服务器来控制。

Pod 阶段

Pod 的 status 字段是一个 PodStatus 对象，其中包含一个 phase 字段。

Pod 的阶段（Phase）是 Pod 在其生命周期中所处位置的简单宏观概述。 该阶段并不是对容器或 Pod 状态的综合汇总，也不是为了成为完整的状态机。

Pod 阶段的数量和含义是严格定义的。 除了本文档中列举的内容外，不应该再假定 Pod 有其他的 phase 值。

下面是 phase 可能的值：

【K8s概念】Pods_模版_02

如果某节点死掉或者与集群中其他节点失联，Kubernetes 会实施一种策略，将失去的节点上运行的所有 Pod 的 phase 设置为 Failed。

容器状态

Kubernetes 会跟踪 Pod 中每个容器的状态，就像它跟踪 Pod 总体上的阶段一样。 你可以使用容器生命周期回调 来在容器生命周期中的特定时间点触发事件。

一旦调度器将 Pod 分派给某个节点，kubelet 就通过 容器运行时 开始为 Pod 创建容器。 容器的状态有三种：Waiting（等待）、Running（运行中）和 Terminated（已终止）。

要检查 Pod 中容器的状态，你可以使用 kubectl describe pod <pod 名称>。 其输出中包含 Pod 中每个容器的状态。

每种状态都有特定的含义：

  • Waiting （等待）

如果容器并不处在 Running 或 Terminated 状态之一，它就处在 Waiting 状态。 处于 Waiting 状态的容器仍在运行它完成启动所需要的操作：例如，从某个容器镜像 仓库拉取容器镜像，或者向容器应用 Secret 数据等等。 当你使用 kubectl 来查询包含 Waiting 状态的容器的 Pod 时，你也会看到一个 Reason 字段，其中给出了容器处于等待状态的原因。

  • Running（运行中）

Running 状态表明容器正在执行状态并且没有问题发生。 如果配置了 postStart 回调，那么该回调已经执行且已完成。 如果你使用 kubectl 来查询包含 Running 状态的容器的 Pod 时，你也会看到 关于容器进入 Running 状态的信息。

  • Terminated（已终止）

处于 Terminated 状态的容器已经开始执行并且或者正常结束或者因为某些原因失败。 如果你使用 kubectl 来查询包含 Terminated 状态的容器的 Pod 时，你会看到 容器进入此状态的原因、退出代码以及容器执行期间的起止时间。

如果容器配置了 preStop 回调，则该回调会在容器进入 Terminated 状态之前执行。

容器重启策略

Pod 的 spec 中包含一个 restartPolicy 字段，其可能取值包括 Always、OnFailure 和 Never。默认值是 Always。

restartPolicy 适用于 Pod 中的所有容器。restartPolicy 仅针对同一节点上 kubelet 的容器重启动作。当 Pod 中的容器退出时，kubelet 会按指数回退 方式计算重启的延迟（10s、20s、40s、...），其最长延迟为 5 分钟。 一旦某容器执行了 10 分钟并且没有出现问题，kubelet 对该容器的重启回退计时器执行 重置操作。

Pod 状况

Pod 有一个 PodStatus 对象，其中包含一个 PodConditions 数组。Pod 可能通过也可能未通过其中的一些状况测试。

  • PodScheduled：Pod 已经被调度到某节点；
  • ContainersReady：Pod 中所有容器都已就绪；
  • Initialized：所有的 Init 容器 都已成功启动；
  • Ready：Pod 可以为请求提供服务，并且应该被添加到对应服务的负载均衡池中。
    【K8s概念】Pods_字段_03
容器探针

Probe 是由 kubelet 对容器执行的定期诊断。 要执行诊断，kubelet 调用由容器实现的 Handler （处理程序）。有三种类型的处理程序：

  • ExecAction： 在容器内执行指定命令。如果命令退出时返回码为 0 则认为诊断成功。
  • TCPSocketAction： 对容器的 IP 地址上的指定端口执行 TCP 检查。如果端口打开，则诊断被认为是成功的。
  • HTTPGetAction： 对容器的 IP 地址上指定端口和路径执行 HTTP Get 请求。如果响应的状态码大于等于 200 且小于 400，则诊断被认为是成功的。

每次探测都将获得以下三种结果之一：

  • Success（成功）：容器通过了诊断。
  • Failure（失败）：容器未通过诊断。
  • Unknown（未知）：诊断失败，因此不会采取任何行动。

针对运行中的容器，kubelet 可以选择是否执行以下三种探针，以及如何针对探测结果作出反应：

  • livenessProbe：指示容器是否正在运行。如果存活态探测失败，则 kubelet 会杀死容器， 并且容器将根据其重启策略决定未来。如果容器不提供存活探针， 则默认状态为 Success。
  • readinessProbe：指示容器是否准备好为请求提供服务。如果就绪态探测失败， 端点控制器将从与 Pod 匹配的所有服务的端点列表中删除该 Pod 的 IP 地址。 初始延迟之前的就绪态的状态值默认为 Failure。 如果容器不提供就绪态探针，则默认状态为 Success。
  • startupProbe: 指示容器中的应用是否已经启动。如果提供了启动探针，则所有其他探针都会被 禁用，直到此探针成功为止。如果启动探测失败，kubelet 将杀死容器，而容器依其 重启策略进行重启。 如果容器没有提供启动探测，则默认状态为 Success。

如欲了解如何设置存活态、就绪态和启动探针的进一步细节，可以参阅 配置存活态、就绪态和启动探针。

何时该使用存活态探针?

FEATURE STATE: Kubernetes v1.0 [stable]

如果容器中的进程能够在遇到问题或不健康的情况下自行崩溃，则不一定需要存活态探针; kubelet 将根据 Pod 的restartPolicy 自动执行修复操作。

如果你希望容器在探测失败时被杀死并重新启动，那么请指定一个存活态探针， 并指定restartPolicy 为 "Always" 或 "OnFailure"。

何时该使用就绪态探针?

FEATURE STATE: Kubernetes v1.0 [stable]

如果要仅在探测成功时才开始向 Pod 发送请求流量，请指定就绪态探针。 在这种情况下，就绪态探针可能与存活态探针相同，但是规约中的就绪态探针的存在意味着 Pod 将在启动阶段不接收任何数据，并且只有在探针探测成功后才开始接收数据。

如果你的容器需要加载大规模的数据、配置文件或者在启动期间执行迁移操作，可以添加一个 就绪态探针。

如果你希望容器能够自行进入维护状态，也可以指定一个就绪态探针，检查某个特定于 就绪态的因此不同于存活态探测的端点。

说明：
请注意，如果你只是想在 Pod 被删除时能够排空请求，则不一定需要使用就绪态探针； 在删除 Pod 时，Pod 会自动将自身置于未就绪状态，无论就绪态探针是否存在。 等待 Pod 中的容器停止期间，Pod 会一直处于未就绪状态。

何时该使用启动探针？

FEATURE STATE: Kubernetes v1.18 [beta]

对于所包含的容器需要较长时间才能启动就绪的 Pod 而言，启动探针是有用的。 你不再需要配置一个较长的存活态探测时间间隔，只需要设置另一个独立的配置选定， 对启动期间的容器执行探测，从而允许使用远远超出存活态时间间隔所允许的时长。

如果你的容器启动时间通常超出 initialDelaySeconds + failureThreshold × periodSeconds 总值，你应该设置一个启动探测，对存活态探针所使用的同一端点执行检查。 periodSeconds 的默认值是 10 秒。你应该将其 failureThreshold 设置得足够高， 以便容器有充足的时间完成启动，并且避免更改存活态探针所使用的默认值。 这一设置有助于减少死锁状况的发生。

Pod 的终止

由于 Pod 所代表的是在集群中节点上运行的进程，当不再需要这些进程时允许其体面地 终止是很重要的。一般不应武断地使用 KILL 信号终止它们，导致这些进程没有机会 完成清理操作。

设计的目标是令你能够请求删除进程，并且知道进程何时被终止，同时也能够确保删除 操作终将完成。当你请求删除某个 Pod 时，集群会记录并跟踪 Pod 的体面终止周期， 而不是直接强制地杀死 Pod。在存在强制关闭设施的前提下， kubelet 会尝试体面地终止 Pod。

通常情况下，容器运行时会发送一个 TERM 信号到每个容器中的主进程。 很多容器运行时都能够注意到容器镜像中 STOPSIGNAL 的值，并发送该信号而不是 TERM。 一旦超出了体面终止限期，容器运行时会向所有剩余进程发送 KILL 信号，之后 Pod 就会被从 API 服务器 上移除。如果 kubelet 或者容器运行时的管理服务在等待进程终止期间被重启， 集群会从头开始重试，赋予 Pod 完整的体面终止限期。

下面是一个例子：

1.你使用 kubectl 工具手动删除某个特定的 Pod，而该 Pod 的体面终止限期是默认值（30 秒）。

2.API 服务器中的 Pod 对象被更新，记录涵盖体面终止限期在内 Pod 的最终死期，超出所计算时间点则认为 Pod 已死（dead）。 如果你使用 kubectl describe 来查验你正在删除的 Pod，该 Pod 会显示为 "Terminating" （正在终止）。 在 Pod 运行所在的节点上：kubelet 一旦看到 Pod 被标记为正在终止（已经设置了体面终止限期），kubelet 即开始本地的 Pod 关闭过程。

    1.如果 Pod 中的容器之一定义了 preStop 回调， kubelet 开始在容器内运行该回调逻辑。如果超出体面终止限期时，preStop 回调逻辑 仍在运行，kubelet 会请求给予该 Pod 的宽限期一次性增加 2 秒钟。

        说明： 如果 preStop 回调所需要的时间长于默认的体面终止限期，你必须修改 terminationGracePeriodSeconds 属性值来使其正常工作。

    2.kubelet 接下来触发容器运行时发送 TERM 信号给每个容器中的进程 1。

        说明： Pod 中的容器会在不同时刻收到 TERM 信号，接收顺序也是不确定的。 如果关闭的顺序很重要，可以考虑使用 preStop 回调逻辑来协调。

3.与此同时，kubelet 启动体面关闭逻辑，控制面会将 Pod 从对应的端点列表（以及端点切片列表， 如果启用了的话）中移除，过滤条件是 Pod 被对应的 服务以某 选择算符选定。 ReplicaSets和其他工作负载资源 不再将关闭进程中的 Pod 视为合法的、能够提供服务的副本。关闭动作很慢的 Pod 也无法继续处理请求数据，因为负载均衡器（例如服务代理）已经在终止宽限期开始的时候 将其从端点列表中移除。

4.超出终止宽限期限时，kubelet 会触发强制关闭过程。容器运行时会向 Pod 中所有容器内 仍在运行的进程发送 SIGKILL 信号。 kubelet 也会清理隐藏的 pause 容器，如果容器运行时使用了这种容器的话。

5.kubelet 触发强制从 API 服务器上删除 Pod 对象的逻辑，并将体面终止限期设置为 0 （这意味着马上删除）。

6.API 服务器删除 Pod 的 API 对象，从任何客户端都无法再看到该对象。


强制终止 Pod

注意： 对于某些工作负载及其 Pod 而言，强制删除很可能会带来某种破坏。

默认情况下，所有的删除操作都会附有 30 秒钟的宽限期限。 kubectl delete 命令支持 --grace-period= 选项，允许你重载默认值， 设定自己希望的期限值。

将宽限期限强制设置为 0 意味着立即从 API 服务器删除 Pod。 如果 Pod 仍然运行于某节点上，强制删除操作会触发 kubelet 立即执行清理操作。

说明： 你必须在设置 --grace-period=0 的同时额外设置 --force 参数才能发起强制删除请求。

执行强制删除操作时，API 服务器不再等待来自 kubelet 的、关于 Pod 已经在原来运行的节点上终止执行的确认消息。 API 服务器直接删除 Pod 对象，这样新的与之同名的 Pod 即可以被创建。 在节点侧，被设置为立即终止的 Pod 仍然会在被强行杀死之前获得一点点的宽限时间。

如果你需要强制删除 StatefulSet 的 Pod，请参阅 从 StatefulSet 中删除 Pod 的任务文档。

​​https://kubernetes.io/zh/docs/tasks/run-application/force-delete-stateful-set-pod/​​

失效 Pod 的垃圾收集

对于已失败的 Pod 而言，对应的 API 对象仍然会保留在集群的 API 服务器上，直到 用户或者控制器进程显式地 将其删除。

控制面组件会在 Pod 个数超出所配置的阈值 （根据 kube-controller-manager 的 terminated-pod-gc-threshold 设置）时 删除已终止的 Pod（阶段值为 Succeeded 或 Failed）。 这一行为会避免随着时间演进不断创建和终止 Pod 而引起的资源泄露问题。


作者：​​Varden​​


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