P TO P架构 pod架构

本文内容说明：详细介绍Pod资源的各种配置（yaml）和原理

一、Pod介绍之结构和定义

1、Pod结构

                    

 如上图（Pod结构图），每个Pod中都可以包含一个或者多个容器，这些容器可以分为两类：

• 用户程序所在的容器，数量可多可少
• Pause容器，这是每个Pod都会有的一个根容器，根容器是在pod控制器创建的时候就自动生成的，它的作用有两个：

• 可以以它为依据，评估整个Pod的健康状态
• 可以在根容器上设置Ip地址，其它容器都共享此Ip（Pod IP），以实现Pod内部的网路通信，注意：这里是Pod内部的通讯，Pod的之间的通讯采用虚拟二层网络技术来实现，我们当前环境用的是Flannel

2、Pod定义

下面是Pod的资源清单，即Pod的yaml配置：

apiVersion: v1     #必选，版本号，例如v1
kind: Pod       　 #必选，资源类型，例如 Pod
metadata:       　 #必选，元数据
  name: string     #必选，Pod名称
  namespace: string  #Pod所属的命名空间,默认为"default"
  labels:       　　  #自定义标签列表
    - name: string      　          
spec:  #必选，Pod中容器的详细定义
  containers:  #必选，Pod中容器列表
  - name: string   #必选，容器名称
    image: string  #必选，容器的镜像名称
    imagePullPolicy: [ Always|Never|IfNotPresent ]  #获取镜像的策略 
    command: [string]   #容器的启动命令列表，如不指定，使用打包时使用的启动命令
    args: [string]      #容器的启动命令参数列表
    workingDir: string  #容器的工作目录
    volumeMounts:       #挂载到容器内部的存储卷配置
    - name: string      #引用pod定义的共享存储卷的名称，需用volumes[]部分定义的的卷名
      mountPath: string #存储卷在容器内mount的绝对路径，应少于512字符
      readOnly: boolean #是否为只读模式
    ports: #需要暴露的端口库号列表
    - name: string        #端口的名称
      containerPort: int  #容器需要监听的端口号
      hostPort: int       #容器所在主机需要监听的端口号，默认与Container相同
      protocol: string    #端口协议，支持TCP和UDP，默认TCP
    env:   #容器运行前需设置的环境变量列表
    - name: string  #环境变量名称
      value: string #环境变量的值
    resources: #资源限制和请求的设置
      limits:  #资源限制的设置
        cpu: string     #Cpu的限制，单位为core数，将用于docker run --cpu-shares参数
        memory: string  #内存限制，单位可以为Mib/Gib，将用于docker run --memory参数
      requests: #资源请求的设置
        cpu: string    #Cpu请求，容器启动的初始可用数量
        memory: string #内存请求,容器启动的初始可用数量
    lifecycle: #生命周期钩子
        postStart: #容器启动后立即执行此钩子,如果执行失败,会根据重启策略进行重启
        preStop: #容器终止前执行此钩子,无论结果如何,容器都会终止
    livenessProbe:  #对Pod内各容器健康检查的设置，当探测无响应几次后将自动重启该容器
      exec:       　 #对Pod容器内检查方式设置为exec方式
        command: [string]  #exec方式需要制定的命令或脚本
      httpGet:       #对Pod内个容器健康检查方法设置为HttpGet，需要制定Path、port
        path: string
        port: number
        host: string
        scheme: string
        HttpHeaders:
        - name: string
          value: string
      tcpSocket:     #对Pod内个容器健康检查方式设置为tcpSocket方式
         port: number
       initialDelaySeconds: 0       #容器启动完成后首次探测的时间，单位为秒
       timeoutSeconds: 0    　　    #对容器健康检查探测等待响应的超时时间，单位秒，默认1秒
       periodSeconds: 0     　　    #对容器监控检查的定期探测时间设置，单位秒，默认10秒一次
       successThreshold: 0
       failureThreshold: 0
       securityContext:
         privileged: false
  restartPolicy: [Always | Never | OnFailure]  #Pod的重启策略
  nodeName: <string> #设置NodeName表示将该Pod调度到指定到名称的node节点上
  nodeSelector: obeject #设置NodeSelector表示将该Pod调度到包含这个label的node上
  imagePullSecrets: #Pull镜像时使用的secret名称，以key：secretkey格式指定
  - name: string
  hostNetwork: false   #是否使用主机网络模式，默认为false，如果设置为true，表示使用宿主机网络
  volumes:   #在该pod上定义共享存储卷列表
  - name: string    #共享存储卷名称 （volumes类型有很多种）
    emptyDir: {}       #类型为emtyDir的存储卷，与Pod同生命周期的一个临时目录。为空值
    hostPath: string   #类型为hostPath的存储卷，表示挂载Pod所在宿主机的目录
      path: string      　　        #Pod所在宿主机的目录，将被用于同期中mount的目录
    secret:       　　　#类型为secret的存储卷，挂载集群与定义的secret对象到容器内部
      scretname: string  
      items:     
      - key: string
        path: string
    configMap:         #类型为configMap的存储卷，挂载预定义的configMap对象到容器内部
      name: string
      items:
      - key: string
        path: string

如果上面的详细清单记不住，可以使用如下kubectl explain工具随时查看：

#小提示：
#   在这里，可通过一个命令来查看每种资源的可配置项
#   kubectl explain 资源类型         查看某种资源可以配置的一级属性
#   kubectl explain 资源类型.属性     查看属性的子属性
[root@k8s-master01 ~]# kubectl explain pod
KIND:     Pod
VERSION:  v1
FIELDS:
   apiVersion   <string>
   kind <string>
   metadata     <Object>
   spec <Object>
   status       <Object>

[root@k8s-master01 ~]# kubectl explain pod.metadata
KIND:     Pod
VERSION:  v1
RESOURCE: metadata <Object>
FIELDS:
   annotations  <map[string]string>
   clusterName  <string>
   creationTimestamp    <string>
   deletionGracePeriodSeconds   <integer>
   deletionTimestamp    <string>
   finalizers   <[]string>
   generateName <string>
   generation   <integer>
   labels       <map[string]string>
   managedFields        <[]Object>
   name <string>
   namespace    <string>
   ownerReferences      <[]Object>
   resourceVersion      <string>
   selfLink     <string>
   uid  <string>

下面是pod的yaml配置文件的常用字段属性介绍：

在kubernetes中基本所有资源的一级属性都是一样的，主要包含5部分：

• apiVersion <string> 版本，由kubernetes内部定义，版本号必须可以用 kubectl api-versions 查询到
• kind <string> 类型，由kubernetes内部定义，版本号必须可以用 kubectl api-resources 查询到
• metadata <Object> 元数据，主要是资源标识和说明，常用的有name、namespace、labels等，kubectl explain pod.metadata可查看所有二级属性
• spec <Object> 描述，这是配置中最重要的一部分，里面是对各种资源配置的详细描述
• status <Object> 状态信息，里面的内容不需要定义，由kubernetes自动生成，可以在pod启动后，使用kubectl get pods [podname] -n [namespace] -o yaml形式查看yaml里的status字段

在上面的属性中，spec是接下来研究的重点，继续看下它的常见子属性（全部子属性可通过kubectl explain pod.spec查看）:

• containers <[]Object> 容器列表，用于定义容器的详细信息
• nodeName <String> 根据nodeName的值将pod调度到指定的Node节点上
• nodeSelector <map[]> 根据NodeSelector中定义的信息选择将该Pod调度到包含这些label的Node 上
• hostNetwork <boolean> 是否使用主机网络模式，默认为false，如果设置为true，表示使用宿主机网络
• volumes <[]Object> 存储卷，用于定义Pod上面挂在的存储信息
• restartPolicy <string> 重启策略，表示Pod在遇到故障的时候的处理策略

二、Pod配置

1、基本配置

1.1、pod.spec.containers属性介绍

pod.spec.containers属性是pod配置中最为关键的一项配置，详细参数配置如下：

[root@k8s-master01 ~]# kubectl explain pod.spec.containers
KIND:     Pod
VERSION:  v1
RESOURCE: containers <[]Object>   # 数组，代表可以有多个容器
FIELDS:
   name  <string>     # 容器名称
   image <string>     # 容器需要的镜像地址
   imagePullPolicy  <string> # 镜像拉取策略 
   command  <[]string> # 容器的启动命令列表，如不指定，使用打包时使用的启动命令
   args     <[]string> # 容器的启动命令需要的参数列表
   env      <[]Object> # 容器环境变量的配置
   ports    <[]Object>     # 容器需要暴露的端口号列表
   resources <Object>      # 资源限制和资源请求的设置

1.2、创建pod-base.yaml文件，内容如下：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-base
  namespace: dev
  labels:
    user: arvin
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
  - name: busybox
    image: busybox:1.30

上面定义了一个比较简单Pod的配置，里面有两个容器：

• nginx：用1.17.1版本的nginx镜像创建，（nginx是一个轻量级web容器）
• busybox：用1.30版本的busybox镜像创建，（busybox是一个小巧的linux命令集合）

1.3、创建pod

kubectl delete ns dev    #为避免干扰，先删除之前使用的dev namespace

kubectl create ns dev    #创建dev namespace
  
kubectl create -f pod-base.yaml     #创建pod

查看pod状态：

# 如下图
# READY 1/2 : 表示当前Pod中有2个容器，其中1个准备就绪，1个未就绪
# RESTARTS  : 重启次数，因为有1个容器故障了，Pod一直在重启试图恢复它
kubectl get pods -n dev    # 注意是不显示根容器的

如上图，pod里只有一个准备就绪，另一个未就绪，需要使用describe查看内部详情：

kubectl describe pod pod-base -n dev

如上图可以看到，nginx容器是创建启动没问题，busybox容器在启动的时候失败了。这里只是展示提供分析方法，问题具体原因在下面Pod启动命令章节说明。

2、镜像拉取-imagePullPolicy

创建pod-imagepullpolicy.yaml，内容如下：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-imagepullpolicy    #name不允许大写字母
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
    imagePullPolicy: Never # 用于设置镜像拉取策略
  - name: busybox
    image: busybox:1.30

【imagePullPolicy镜像拉取策略说明】：

• Always：总是从远程仓库拉取镜像（一直远程下载，不管本地有没有）
• IfNotPresent：本地有则使用本地镜像，本地没有则从远程仓库拉取镜像（本地有就本地，本地没有远程下载）
• Never：只使用本地镜像，从不去远程仓库拉取，本地没有就报错（一直使用本地）

默认值说明：

如果镜像tag为具体版本号，默认策略是：IfNotPresent

如果镜像tag为：latest（最终版本），默认策略是always，因为必须要去远程仓库看

拉取策略的值如果记不住可使用kubectl explain pod.spec.containers查看

下面可以更改imagePullPolicy拉取策略进行策略验证，然后使用yaml创建Pod，然后查看Pod状态，然后使用describe查看内部信息有无报错，这里就不具体演示：

#创建pod
kubectl create -f pod-imagepullpolicy.yaml

#查看Pod状态
kubectl get pods -n dev

#查看Pod详情
kubectl describe pod pod-imagepullpolicy -n dev

3、启动命令-command

        在前面的示例中，一直有一个问题没有解决，就是的busybox容器一直没有成功运行，那么到底是什么原因导致这个容器的故障呢？

        原来busybox并不是一个程序，而是类似于一个工具类的集合，kubernetes集群启动管理后，它会自动关闭。解决方法就是让其一直在运行，这就用到了command配置。

创建pod-command.yaml文件，内容如下：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-command
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
  - name: busybox
    image: busybox:1.30
    command: ["/bin/sh","-c","touch /tmp/hello.txt;while true;do /bin/echo $(date +%T) >> /tmp/hello.txt; sleep 3; done;"]

command是用于在pod中的容器初始化完毕之后运行一个命令。

稍微解释下上面命令的意思：

"/bin/sh","-c", 使用sh执行命令

touch /tmp/hello.txt; 创建一个/tmp/hello.txt 文件

while true;do /bin/echo $(date +%T) >> /tmp/hello.txt; sleep 3; done; 每隔3秒向文件中写入当前时间，这样就使得busybox容器一直处于运行状态。

#创建pod
kubectl create -f pod-command.yaml

#查看Pod状态
kubectl get pods -n dev

 验证查看Pod内busybox容器command执行情况，使用kubectl直接进入容器查看：

# 进入busybox容器
# 格式: kubectl exec  [pod名称] -n [命名空间] -it -c [容器名称] /bin/sh  
# 使用上面格式命令就可以进入某个容器的内部，然后进行相关操作了
kubectl exec pod-command -n dev -it -c busybox /bin/sh

# 进入容器后，查看hello.txt内容
tail -f /tmp/hello.txt

 特别说明：
    通过上面发现command已经可以完成启动命令和传递参数的功能，为什么这里还要提供一个args选项，用于传递参数呢?这其实跟docker有点关系，kubernetes中的command、args两项其实是实现覆盖Dockerfile中ENTRYPOINT的功能。
 1、如果command和args均没有写，那么用Dockerfile的配置。
 2、如果command写了，但args没有写，那么Dockerfile默认的配置会被忽略，执行输入的command
 3、如果command没写，但args写了，那么Dockerfile中配置的ENTRYPOINT的命令会被执行，使用当前args的参数
 4、如果command和args都写了，那么Dockerfile的配置被忽略，执行command并追加上args参数

4、环境变量-env

env，环境变量，用于在pod中的容器设置环境变量

创建pod-env.yaml文件，内容如下：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-env
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: busybox
    image: busybox:1.30
    command: ["/bin/sh","-c","while true;do /bin/echo $(date +%T);sleep 60; done;"]
    env:       # 设置环境变量列表
    - name: "username"
      value: "admin"
    - name: "password"
      value: "123456"

创建Pod：

# 创建Pod
kubectl create -f pod-env.yaml

# 进入容器，输出环境变量
kubectl exec pod-env -n dev -c busybox -it /bin/sh

#进入容器后，查看变量
echo $username

echo $password

 【注】：在实际应用场景中，这种方式不是很推荐，推荐将这些配置单独存储在配置文件中，这种方式将在后面介绍。

5、端口设置-ports

5.1、查看ports的所有子选项

[root@k8s-master01 ~]# kubectl explain pod.spec.containers.ports
KIND:     Pod
VERSION:  v1
RESOURCE: ports <[]Object>
FIELDS:
   name         <string>  # 端口名称，如果指定，必须保证name在pod中是唯一的		
   containerPort<integer> # 容器要监听的端口(0<x<65536)
   hostPort     <integer> # 容器要在主机上公开的端口，如果设置，主机上只能运行容器的一个副本(一般省略) ，否则一个主机有多个副本同时映射到主机相同端口，会导致端口冲突
   hostIP       <string>  # 要将外部端口绑定到的主机IP(一般省略)
   protocol     <string>  # 端口协议。必须是UDP、TCP或SCTP。默认为“TCP”。

5.2、示例演示

创建一个pod-ports.yaml，内容如下：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-ports
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
    ports: # 设置容器暴露的端口列表
    - name: nginx-port     # 端口名称，该名称唯一，不得重复
      containerPort: 80    # 容器监听的端口
      protocol: TCP

使用yaml创建并查看pod：

kubectl create -f pod-ports.yaml   #创建pod

kubectl get pod pod-ports -n dev  -o yaml   #以yaml格式查看pod，重点查看spec的ports字段

# 使用describe也可以查看
kubectl describe pod pod-ports -n dev

 此时访问容器的nginx服务是访问：[pod ip]:[container Port]

6、资源配额-resources

        容器中的程序要运行，肯定是要占用一定资源的，比如cpu和内存等，如果不对某个容器的资源做限制，那么它就可能吃掉大量资源，导致其它容器无法运行。针对这种情况，kubernetes提供了对内存和cpu的资源进行配额的机制，这种机制主要通过resources选项实现，他有两个子选项：

• limits：用于限制运行时容器的最大占用资源，当容器占用资源超过limits时会被终止，并进行重启
• requests ：用于设置容器需要的最小资源，如果环境资源不够，容器将无法启动

可以通过上面两个选项设置资源的上下限。

接下来，编写一个测试案例，创建pod-resources.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-resources
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
    resources: # 资源配额
      limits:  # 限制资源（上限）
        cpu: "2" # CPU限制，单位是core数
        memory: "10Gi" # 内存限制
      requests: # 请求资源（下限）
        cpu: "1"  # CPU限制，单位是core数
        memory: "10Mi"  # 内存限制

在这对cpu和memory的单位做一个说明：

• cpu：core数，可以为整数或小数
• memory： 内存大小，可以使用Gi、Mi、G、M等形式

接下来使用yaml创建pod，并查看pod状态：

# 创建并运行pod
kubectl create -f pod-resources.yaml

# 查看运行状态
kubectl get pod pod-resources -n dev

 接下来删除pod，将最小resources调大，看运行会不会报错：

kubectl delete -f pod-resources.yaml

# 修改yaml文件，将resources.requests.memory的值为10Gi
vim pod-resources.yaml   

# 创建pod
kubectl create  -f pod-resources.yaml

#查看pod状态，发现启动失败
kubectl get pod pod-resources -n dev -o wide

# 查看失败详情
kubectl describe pod pod-resources -n dev