Kubernetes Pod 进阶操作

一、资源限制

      当定义 Pod 时可以选择性地为每个容器设定所需要的资源数量。 最常见的可设定资源是 CPU 和内存大小，以及其他类型的资源。

      当为 Pod 中的容器指定了 request 资源时，调度器就使用该信息来决定将 Pod 调度到哪个节点上。当还为容器指定了 limit 资源时，kubelet 就会确保运行的容器不会使用超出所设的 limit 资源量。kubelet 还会为容器预留所设的 request 资源量， 供该容器使用。

      如果 Pod 运行所在的节点具有足够的可用资源，容器可以使用超出所设置的 request 资源量。不过，容器不可以使用超出所设置的 limit 资源量。

      如果给容器设置了内存的 limit 值，但未设置内存的 request 值，Kubernetes 会自动为其设置与内存 limit 相匹配的 request 值。 类似的，如果给容器设置了 CPU 的 limit 值但未设置 CPU 的 request 值，则 Kubernetes 自动为其设置 CPU 的 request 值 并使之与 CPU 的 limit 值匹配。

官网示例：

​​https://kubernetes.io/docs/concepts/configuration/manage-compute-resources-container/ ​​

1、pod和容器的资源请求和限制：

spec.containers[].resources.requests.cpu          #定义创建容器时预分配的CPU资源

spec.containers[].resources.requests.memory    #定义创建容器时预分配的内存资源

spec.containers[].resources.limits.cpu               #定义 cpu 的资源上限  

spec.containers[].resources.limits.memory        #定义内存的资源上限

2、CPU资源单位

CPU 资源的 request 和 limit 以 cpu 为单位。Kubernetes 中的一个 cpu 相当于1个 vCPU（1个超线程）。

Kubernetes 也支持带小数 CPU 的请求。spec.containers[].resources.requests.cpu 为 0.5 的容器能够获得一个 cpu 的一半 CPU 资源（类似于Cgroup对CPU资源的时间分片）。表达式 0.1 等价于表达式 100m（毫核），表示每 1000 毫秒内容器可以使用的 CPU 时间总量为 0.1*1000 毫秒。

Kubernetes 不允许设置精度小于 1m 的 CPU 资源。  

3、内存资源单位

内存的 request 和 limit 以字节为单位。可以以整数表示，或者以10为底数的指数的单位（E、P、T、G、M、K）来表示， 或者以2为底数的指数的单位（Ei、Pi、Ti、Gi、Mi、Ki）来表示。

如：1KB=10^3=1000，1MB=10^6=1000000=1000KB，1GB=10^9=1000000000=1000MB

1KiB=2^10=1024，1MiB=2^20=1048576=1024KiB

示例：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: frontend
spec:
  containers:
  - name: app
    image: images.my-company.example/app:v4
    env:
    - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
      value: "password"
    resources:
      requests:
        memory: "64Mi"
        cpu: "250m"
      limits:
        memory: "128Mi"
        cpu: "500m"
  - name: log-aggregator
    image: images.my-company.example/log-aggregator:v6
    resources:
      requests:
        memory: "64Mi"
        cpu: "250m"
      limits:
        memory: "128Mi"
        cpu: "500m"


此例子中的 Pod 有两个容器。每个容器的 request 值为 0.25 cpu 和 64MiB 内存，每个容器的 limit 值为 0.5 cpu 和 128MiB 内存。那么可以认为该 Pod 的总的资源 request 为 0.5 cpu 和 128 MiB 内存，总的资源 limit 为 1 cpu 和 256MiB 内存。

示例：

vim pod2.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: front
spec:
  containers:
  - name: web
    image: nginx
    env:
    - name: WEB_ROOT_PASSWORD
      value: "password"
    resources:
      requests:
        memory: "64Mi"
        cpu: "250m"
      limits:
        memory: "128Mi"
        cpu: "500m"
  - name: db
    image: mysql
    env:
    - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
      value: "abc123"
    resources:
      requests:
        memory: "512Mi"
        cpu: "0.5"
      limits:
        memory: "1Gi"
        cpu: "1"

kubectl apply -f pod2.yaml

kubectl describe pod front

kubectl get pods -o wide

NAME                          READY   STATUS             RESTARTS   AGE   IP            NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES

front                         2/2     Running            0          73m   10.244.2.38   node02   <none>           <none>

kubectl describe nodes node02  

 Namespace                   Name                           CPU Requests  CPU Limits   Memory Requests  Memory Limits  AGE

 ---------                   ----                           ------------  ----------   ---------------  -------------  ---

 default                     front                          750m (37%)    1500m (75%)  576Mi (15%)      1152Mi (30%)   73m

Allocated resources:

 (Total limits may be over 100 percent, i.e., overcommitted.)

 Resource           Requests     Limits

 --------           --------     ------

 cpu                850m (42%)   1600m (80%)

 memory             626Mi (16%)  1202Mi (31%)

 ephemeral-storage  0 (0%)       0 (0%)

 hugepages-1Gi      0 (0%)       0 (0%)

 hugepages-2Mi      0 (0%)       0 (0%)

Events:              <none>

4、重启策略（restartPolicy）：当 Pod 中的容器退出时通过节点上的 kubelet 重启容器。适用于 Pod 中的所有容器。

1、Always：当容器终止退出后，总是重启容器，默认策略

2、OnFailure：当容器异常退出（退出状态码非0）时，重启容器；正常退出则不重启容器

3、Never：当容器终止退出，从不重启容器。

#注意：K8S 中不支持重启 Pod 资源，只有删除重建

kubectl edit deployment nginx-deployment

......

restartPolicy: Always

示例

vim pod3.yaml

apiVersion: v1

kind: Pod

metadata:

 name: foo

spec:

 containers:

 - name: busybox

   image: busybox

   args:

   - /bin/sh

   - -c

   - sleep 30; exit 3

kubectl apply -f pod3.yaml

//查看Pod状态，等容器启动后30秒后执行exit退出进程进入error状态，就会重启次数加1

kubectl get pods

NAME                          READY   STATUS             RESTARTS   AGE

foo                           1/1     Running            2          2m40s

kubectl delete -f pod3.yaml

vim pod3.yaml

apiVersion: v1

kind: Pod

metadata:

 name: foo

spec:

 containers:

 - name: busybox

   image: busybox

   args:

   - /bin/sh

   - -c

   - sleep 30; exit 3

 restartPolicy: Never

#注意：跟container同一个级别

kubectl apply -f pod3.yaml

//容器进入error状态不会进行重启

kubectl get pods -w

5、健康检查：又称为探针（Probe）  

探针是由kubelet对容器执行的定期诊断。

探针的三种规则：

●livenessProbe ：判断容器是否正在运行。如果探测失败，则kubelet会杀死容器，并且容器将根据 restartPolicy 来设置 Pod 状态。 如果容器不提供存活探针，则默认状态为Success。

●readinessProbe ：判断容器是否准备好接受请求。如果探测失败，端点控制器将从与 Pod 匹配的所有 service endpoints 中剔除删除该Pod的IP地址。 初始延迟之前的就绪状态默认为Failure。如果容器不提供就绪探针，则默认状态为Success。

●startupProbe（这个1.17版本增加的）：判断容器内的应用程序是否已启动，主要针对于不能确定具体启动时间的应用。如果配置了 startupProbe 探测，在则在 startupProbe 状态为 Success 之前，其他所有探针都处于无效状态，直到它成功后其他探针才起作用。 如果 startupProbe 失败，kubelet 将杀死容器，容器将根据 restartPolicy 来重启。如果容器没有配置 startupProbe， 则默认状态为 Success。

#注：以上规则可以同时定义。在readinessProbe检测成功之前，Pod的running状态是不会变成ready状态的。

Probe支持三种检查方法：

●exec ：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。

●tcpSocket ：对指定端口上的容器的IP地址进行TCP检查（三次握手）。如果端口打开，则诊断被认为是成功的。

●httpGet ：对指定的端口和路径上的容器的IP地址执行HTTPGet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：

●成功：容器通过了诊断。

●失败：容器未通过诊断。

●未知：诊断失败，因此不会采取任何行动

官网示例：

​​https://kubernetes.io/docs/tasks/configure-pod-container/configure-liveness-readiness-startup-probes/ ​​

示例1：exec方式

apiVersion: v1

kind: Pod

metadata:

 labels:

   test: liveness

 name: liveness-exec

spec:

 containers:

 - name: liveness

   image: k8s.gcr.io/busybox

   args:

   - /bin/sh

   - -c

   - touch /tmp/healthy; sleep 30; rm -rf /tmp/healthy; sleep 60

   livenessProbe:

     exec:

       command:

       - cat

       - /tmp/healthy

     failureThreshold: 1

     initialDelaySeconds: 5

     periodSeconds: 5

#initialDelaySeconds：指定 kubelet 在执行第一次探测前应该等待5秒，即第一次探测是在容器启动后的第6秒才开始执行。默认是 0 秒，最小值是 0。

#periodSeconds：指定了 kubelet 应该每 5 秒执行一次存活探测。默认是 10 秒。最小值是 1。

#failureThreshold: 当探测失败时，Kubernetes 将在放弃之前重试的次数。 存活探测情况下的放弃就意味着重新启动容器。就绪探测情况下的放弃 Pod 会被打上未就绪的标签。默认值是 3。最小值是 1。

#timeoutSeconds：探测的超时后等待多少秒。默认值是 1 秒。最小值是 1。（在 Kubernetes 1.20 版本之前，exec 探针会忽略 timeoutSeconds 探针会无限期地 持续运行，甚至可能超过所配置的限期，直到返回结果为止。）

可以看到 Pod 中只有一个容器。kubelet 在执行第一次探测前需要等待 5 秒，kubelet 会每 5 秒执行一次存活探测。kubelet 在容器内执行命令 cat /tmp/healthy 来进行探测。如果命令执行成功并且返回值为 0，kubelet 就会认为这个容器是健康存活的。 当到达第 31 秒时，这个命令返回非 0 值，kubelet 会杀死这个容器并重新启动它。

vim exec.yaml

apiVersion: v1

kind: Pod

metadata:

 name: liveness-exec

 namespace: default

spec:

 containers:

 - name: liveness-exec-container

   image: busybox

   imagePullPolicy: IfNotPresent

   command: ["/bin/sh","-c","touch /tmp/live ; sleep 30; rm -rf /tmp/live; sleep 3600"]

   livenessProbe:

     exec:

       command: ["test","-e","/tmp/live"]

     initialDelaySeconds: 1

     periodSeconds: 3

   

kubectl create -f exec.yaml

kubectl describe pods liveness-exec

Events:

 Type     Reason     Age               From               Message

 ----     ------     ----              ----               -------

 Normal   Scheduled  43s               default-scheduler  Successfully assigned default/liveness-exec to node01

 Normal   Pulled     43s               kubelet            Container image "busybox" already present on machine

 Normal   Created    42s               kubelet            Created container liveness-exec-container

 Normal   Started    42s               kubelet            Started container liveness-exec-container

 Warning  Unhealthy  4s (x3 over 10s)  kubelet            Liveness probe failed:

 Normal   Killing    4s                kubelet            Container liveness-exec-container failed liveness probe, will be restarted

kubectl get pods -w

NAME                READY   STATUS    RESTARTS   AGE

liveness-exec       1/1     Running   1          85s

示例2：httpGet方式

apiVersion: v1

kind: Pod

metadata:

 labels:

   test: liveness

 name: liveness-http

spec:

 containers:

 - name: liveness

   image: k8s.gcr.io/liveness

   args:

   - /server

   livenessProbe:

     httpGet:

       path: /healthz

       port: 8080

       httpHeaders:

       - name: Custom-Header

         value: Awesome

     initialDelaySeconds: 3

     periodSeconds: 3

在这个配置文件中，可以看到 Pod 也只有一个容器。initialDelaySeconds 字段告诉 kubelet 在执行第一次探测前应该等待 3 秒。periodSeconds 字段指定了 kubelet 每隔 3 秒执行一次存活探测。kubelet 会向容器内运行的服务（服务会监听 8080 端口）发送一个 HTTP GET 请求来执行探测。如果服务器上 /healthz 路径下的处理程序返回成功代码，则 kubelet 认为容器是健康存活的。如果处理程序返回失败代码，则 kubelet 会杀死这个容器并且重新启动它。

任何大于或等于 200 并且小于 400 的返回代码标示成功，其它返回代码都标示失败。

vim httpget.yaml

apiVersion: v1

kind: Pod

metadata:

 name: liveness-httpget

 namespace: default

spec:

 containers:

 - name: liveness-httpget-container

   image: soscscs/myapp:v1

   imagePullPolicy: IfNotPresent

   ports:

   - name: http

     containerPort: 80

   livenessProbe:

     httpGet:

       port: http

       path: /index.html

     initialDelaySeconds: 1

     periodSeconds: 3

     timeoutSeconds: 10

   

kubectl create -f httpget.yaml

kubectl exec -it liveness-httpget -- rm -rf /usr/share/nginx/html/index.html

kubectl get pods

NAME               READY   STATUS    RESTARTS   AGE

liveness-httpget   1/1     Running   1          2m44s

示例3：tcpSocket方式

apiVersion: v1

kind: Pod

metadata:

 name: goproxy

 labels:

   app: goproxy

spec:

 containers:

 - name: goproxy

   image: k8s.gcr.io/goproxy:0.1

   ports:

   - containerPort: 8080

   readinessProbe:

     tcpSocket:

       port: 8080

     initialDelaySeconds: 5

     periodSeconds: 10

   livenessProbe:

     tcpSocket:

       port: 8080

     initialDelaySeconds: 15

     periodSeconds: 20

这个例子同时使用 readinessProbe 和 livenessProbe 探测。kubelet 会在容器启动 5 秒后发送第一个 readinessProbe 探测。这会尝试连接 goproxy 容器的 8080 端口。如果探测成功，kubelet 将继续每隔 10 秒运行一次检测。除了 readinessProbe 探测，这个配置包括了一个 livenessProbe 探测。kubelet 会在容器启动 15 秒后进行第一次 livenessProbe 探测。就像 readinessProbe 探测一样，会尝试连接 goproxy 容器的 8080 端口。如果 livenessProbe 探测失败，这个容器会被重新启动。

vim tcpsocket.yaml

apiVersion: v1

kind: Pod

metadata:

 name: probe-tcp

spec:

 containers:

 - name: nginx

   image: soscscs/myapp:v1

   livenessProbe:

     initialDelaySeconds: 5

     timeoutSeconds: 1

     tcpSocket:

       port: 8080

     periodSeconds: 10

     failureThreshold: 2

kubectl create -f tcpsocket.yaml

kubectl exec -it probe-tcp  -- netstat -natp

Active Internet connections (servers and established)

Proto Recv-Q Send-Q Local Address           Foreign Address         State       PID/Program name    

tcp        0      0 0.0.0.0:80              0.0.0.0:*               LISTEN      1/nginx: master pro

kubectl get pods -w

NAME        READY   STATUS    RESTARTS   AGE

probe-tcp                     1/1     Running            1          47s

probe-tcp                     1/1     Running            2          65s

probe-tcp                     1/1     Running            3          86s

probe-tcp                     1/1     Running            4          106s

示例4：就绪检测

vim readiness-httpget.yaml

apiVersion: v1

kind: Pod

metadata:

 name: readiness-httpget

 namespace: default

spec:

 containers:

 - name: readiness-httpget-container

   image: soscscs/myapp:v1

   imagePullPolicy: IfNotPresent

   ports:

   - name: http

     containerPort: 80

   readinessProbe:

     httpGet:

       port: 80

       path: /index1.html

     initialDelaySeconds: 1

     periodSeconds: 3

   livenessProbe:

     httpGet:

       port: http

       path: /index.html

     initialDelaySeconds: 1

     periodSeconds: 3

     timeoutSeconds: 10

kubectl create -f readiness-httpget.yaml

readiness探测失败，无法进入READY状态

kubectl get pods  

NAME                READY   STATUS    RESTARTS   AGE

readiness-httpget             0/1     Running            0          29s

kubectl exec -it readiness-httpget sh

# cd /usr/share/nginx/html/

# ls

50x.html    index.html

# echo 123 > index1.html  

# exit

kubectl get pods  

NAME                READY   STATUS    RESTARTS   AGE

readiness-httpget             1/1     Running            0          2m14s

kubectl exec -it readiness-httpget -- rm -rf /usr/share/nginx/html/index.html

kubectl get pods -w

NAME                READY   STATUS    RESTARTS   AGE

readiness-httpget   1/1     Running   0          4m10s

readiness-httpget   0/1     Running   1          4m15s

示例5：就绪检测2

vim readiness-myapp.yaml

apiVersion: v1

kind: Pod

metadata:

 name: myapp1

 labels:

    app: myapp

spec:

 containers:

 - name: myapp

   image: soscscs/myapp:v1

   ports:

   - name: http

     containerPort: 80

   readinessProbe:

     httpGet:

       port: 80

       path: /index.html

     initialDelaySeconds: 5

     periodSeconds: 5

     timeoutSeconds: 10  

---

apiVersion: v1

kind: Pod

metadata:

 name: myapp2

 labels:

    app: myapp

spec:

 containers:

 - name: myapp

   image: soscscs/myapp:v1

   ports:

   - name: http

     containerPort: 80

   readinessProbe:

     httpGet:

       port: 80

       path: /index.html

     initialDelaySeconds: 5

     periodSeconds: 5

     timeoutSeconds: 10  

---

apiVersion: v1

kind: Pod

metadata:

 name: myapp3

 labels:

    app: myapp

spec:

 containers:

 - name: myapp

   image: soscscs/myapp:v1

   ports:

   - name: http

     containerPort: 80

   readinessProbe:

     httpGet:

       port: 80

       path: /index.html

     initialDelaySeconds: 5

     periodSeconds: 5

     timeoutSeconds: 10  

---

apiVersion: v1

kind: Service

metadata:

 name: myapp

spec:

 selector:

   app: myapp

 type: ClusterIP

 ports:

 - name: http

   port: 80

   targetPort: 80

kubectl create -f readiness-myapp.yaml

kubectl get pods,svc,endpoints -o wide

NAME                              READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES

pod/myapp1                        1/1     Running   0          6m    10.244.2.39   node02   <none>           <none>

pod/myapp2                        1/1     Running   0          6m    10.244.1.29   node01   <none>           <none>

pod/myapp3                        1/1     Running   0          6m    10.244.1.28   node01   <none>           <none>

NAME                 TYPE        CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE     SELECTOR

......

service/myapp           ClusterIP   10.96.213.199   <none>        80/TCP         6m      app=myapp

NAME                   ENDPOINTS                                      AGE

......

endpoints/myapp           10.244.1.21:80,10.244.1.28:80,10.244.1.29:80 + 1 more...   6m

kubectl exec -it pod/myapp1 -- rm -rf /usr/share/nginx/html/index.html

readiness探测失败，Pod 无法进入READY状态，且端点控制器将从 endpoints 中剔除删除该 Pod 的 IP 地址

kubectl get pods,svc,endpoints -o wide

NAME         READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP            NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES

pod/myapp1                        0/1     Running   0          7m11s   10.244.2.39   node02   <none>           <none>

pod/myapp2                        1/1     Running   0          7m11s   10.244.1.29   node01   <none>           <none>

pod/myapp3                        1/1     Running   0          7m11s   10.244.1.28   node01   <none>           <none>

NAME                 TYPE        CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE     SELECTOR

......

service/myapp           ClusterIP   10.96.213.199   <none>        80/TCP         7m11s   app=myapp

NAME                   ENDPOINTS                       AGE

......

endpoints/myapp           10.244.1.21:80,10.244.1.28:80,10.244.1.29:80   7m11s

启动、退出动作

vim post.yaml

apiVersion: v1

kind: Pod

metadata:

 name: lifecycle-demo

spec:

 containers:

 - name: lifecycle-demo-container

   image: soscscs/myapp:v1

   lifecycle:   #此为关键字段

     postStart:

       exec:

         command: ["/bin/sh", "-c", "echo Hello from the postStart handler >> /var/log/nginx/message"]      

     preStop:

       exec:

         command: ["/bin/sh", "-c", "echo Hello from the poststop handler >> /var/log/nginx/message"]

   volumeMounts:

   - name: message-log

     mountPath: /var/log/nginx/

     readOnly: false

 initContainers:

 - name: init-myservice

   image: soscscs/myapp:v1

   command: ["/bin/sh", "-c", "echo 'Hello initContainers'   >> /var/log/nginx/message"]

   volumeMounts:

   - name: message-log

     mountPath: /var/log/nginx/

     readOnly: false

 volumes:

 - name: message-log

   hostPath:

     path: /data/volumes/nginx/log/

     type: DirectoryOrCreate

kubectl create -f post.yaml

kubectl get pods -o wide

NAME                          READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES

lifecycle-demo                1/1     Running   0          8s    10.244.2.40   node02   <none>   

kubectl exec -it lifecycle-demo -- cat /var/log/nginx/message

Hello initContainers

Hello from the postStart handler

在 node02 节点上查看

[root@node02 ~]# cd /data/volumes/nginx/log/

[root@node02 log]# ls

access.log  error.log  message

[root@node02 log]# cat message  

Hello initContainers

Hello from the postStart handler

#由上可知，init Container先执行，然后当一个主容器启动后，Kubernetes 将立即发送 postStart 事件。

删除 pod 后，再在 node02 节点上查看

kubectl delete pod lifecycle-demo

[root@node02 log]# cat message  

Hello initContainers

Hello from the postStart handler

Hello from the poststop handler

#由上可知，当在容器被终结之前， Kubernetes 将发送一个 preStop 事件。