Kubernetes——Pod详解

一、Pod基础概念

1.概念

2.使用方式

3.Pause容器

3.1网络

3.2存储

4.Pod容器分类

4.1自主式Pod

4.2控制器管理的Pod

二、Pod的分类

1.基础容器（infrastructure container）

2.初始化容器（initcontainers）

2.1Init容器含义

2.2Init容器的作用

3.应用容器（Maincontainer）

三、镜像拉取策略（imagePullPolicy）

四、镜像重启策略

五、总结

1.Pod的基本概念

2.Pod分类

3.Pause容器

4.Pod的分类

5.镜像拉取策略（imagePullPolicy）

6.镜像重启策略（RestartPolicy）

一、Pod基础概念

1.概念

Pod是kubernetes中最小的资源管理组件，Pod也是最小化运行容器化应用的资源对象。一个Pod代表着集群中运行的一个进程。kubernetes中其他大多数组件都是围绕着Pod来进行支撑和扩展Pod功能的，例如，用于管理Pod运行的StatefulSet和Deployment等控制器对象，用于暴露Pod应用的Service和Ingress对象，为Pod提供存储的PersistentVolume存储资源对象等。

2.使用方式

一个Pod中运行一个容器。“每个Pod中一个容器”的模式是最常见的用法；在这种使用方式中，你可以把Pod想象成是单个容器的封装，kuberentes管理的是Pod而不是直接管理容器。
在一个Pod中同时运行多个容器。一个Pod中也可以同时封装几个需要紧密耦合互相协作的容器，它们之间共享资源。这些在同一个Pod中的容器可以互相协作成为一个service单位，比如一个容器共享文件，另一个“sidecar”容器来更新这些文件。Pod将这些容器的存储资源作为一个实体来管理。

一个Pod运行一个容器，单个应用容器使用，应用于微服务

多个容器的Pod，应用于边车模式（比如场景，日志收集、监控系统等）

一个Pod下的容器必须运行于同一节点上。现代容器技术建议一个容器只运行一个进程，该进程在容器中PID命令空间中的进程号为1，可直接接收并处理信号，进程终止时容器生命周期也就结束了。若想在容器内运行多个进程，需要有一个类似Linux操作系统init进程的管控类进程，以树状结构完成多进程的生命周期管理。运行于各自容器内的进程无法直接完成网络通信，这是由于容器间的隔离机制导致，k8s中的Pod资源抽象正是解决此类问题，Pod对象是一组容器的集合，这些容器共享Network、UTS及IPC命令空间，因此具有相同的域名、主机名和网络接口，并可通过IPC直接通信。

Pod资源中针对各容器提供网络命令空间等共享机制的是底层基础容器pause，基础容器（也可称为父容器）pause就是为了管理Pod容器间的共享操作，这个父容器需要能够准确地知道如何去创建共享运行环境的容器，还能管理这些容器的生命周期。为了实现这个父容器的构想，kubernetes中，用pause容器来作为一个Pod中所有容器的父容器。这个pause容器有两个核心的功能，一是它提供整个Pod的Linux命名空间的基础。二来启用PID命名空间，它在每个Pod中都作为PID为1进程（init进程），并回收僵尸进程。

六大类型：

Mount：挂载点；UTS：命名空间；IPC：进程之间通信；Network：网络；User：用户；PID：进程

Pod容器的启动方式：Start发出启动信号；Stop终止容器，生命周期结束

3.Pause容器

在pod中担任Linux命名空间（如网络命令空间）共享的基础；
启用PID命名空间，开启init进程。
协调他的容器生命周期
提供健康检查和生存探针

3.1网络

每个Pod都会被分配一个唯一的IP地址。Pod中的所有容器共享网络空间，包括IP地址和端口。Pod内部的容器可以使用localhost互相通信。Pod中的容器与外界通信时，必须分配共享网络资源（例如使用宿主机的端口映射）。

3.2存储

Pod可以指定多个共享的Volume。Pod中的所有容器都可以访问共享的Volume。Volume也可以用来持久化Pod中的存储资源，以防容器重启后文件丢失。

每个Pod都有一个特殊的被称为“基础容器”的Pause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应用容器。

Pause是来管理整个容器的，也负责管理容器的生命周期，健康检查和生存探针实际就是容器的生命周期；Pause是一个非常重要的管理者，重要的角色，为容器提供网络和资源共享，对容器的生命周期进行健康检查。

4.Pod容器分类

4.1自主式Pod

这种Pod本身是不能自我修复的，当Pod被创建后（不论是由你直接创建还是被其他Controller），都会被Kuberentes调度到集群的Node上。直到Pod的进程终止、被删掉、因为缺少资源而被驱逐、或者Node故障之前这个Pod都会一直保持在那个Node上。Pod不会自愈。如果Pod运行的Node故障，或者是调度器本身故障，这个Pod就会被删除。同样的，如果Pod所在Node缺少资源或者Pod处于维护状态，Pod也会被驱逐。

4.2控制器管理的Pod

Kubernetes使用更高级的称为Controller的抽象层，来管理Pod实例。Controller可以创建和管理多个Pod，提供副本管理、滚动升级和集群级别的自愈能力。例如，如果一个Node故障，Controller就能自动将该节点上的Pod调度到其他健康的Node上。虽然可以直接使用Pod，但是在Kubernetes中通常是使用Controller来管理Pod的。

二、Pod的分类

1.基础容器（infrastructure container）

维护整个Pod网络和存储空间

#每次创建 Pod 时候就会创建，运行的每一个Pod都有一个 pause-amd64 的基础容器自动会运行，对于用户是透明的
docker ps -a

2.初始化容器（initcontainers）

Init容器是串行启动的

2.1Init容器含义

Init容器必须在应用程序容器启动之前运行完成，而应用程序容器是并行运行的，所以Init容器能够提供了一种简单的阻塞或延迟应用容器的启动的方法。

Init容器与普通容器非常像，除了以下两点：

Init 容器总是运行到成功完成为止
每个 Init 容器都必须在下一个 Init 容器启动之前成功完成启动和退出

如果 Pod 的 Init 容器失败，k8s 会不断地重启该 Pod，直到 Init 容器成功为止。然而，如果 Pod 对应的重启策略（restartPolicy）为 Never，它不会重新启动。

2.2Init容器的作用

因为init容器具有与应用容器分离的单独镜像，其启动相关代码具有如下优势

Init 容器可以包含一些安装过程中应用容器中不存在的实用工具或个性化代码。例如，没有必要仅为了在安装过程中使用类似 sed、 awk、 python 或 dig 这样的工具而去FROM 一个镜像来生成一个新的镜像。
Init 容器可以安全地运行这些工具，避免这些工具导致应用镜像的安全性降低。
应用镜像的创建者和部署者可以各自独立工作，而没有必要联合构建一个单独的应用镜像。
Init 容器能以不同于Pod内应用容器的文件系统视图运行。因此，Init容器可具有访问 Secrets 的权限，而应用容器不能够访问。
由于 Init 容器必须在应用容器启动之前运行完成，因此 Init 容器提供了一种机制来阻塞或延迟应用容器的启动，

直到满足了一组先决条件。一旦前置条件满足，Pod内的所有的应用容器会并行启动。

3.应用容器（Maincontainer）

应用容器是并行启动的，应用容器也就是所谓的业务

官网示例：https://kubernetes.io/zh-cn/docs/concepts/workloads/pods/init-containers/

vim demo1.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myapp-pod
  labels:
    app: myapp
spec:
  containers:
  - name: myapp-container
    image: busybox:1.28
    command: ['sh', '-c', 'echo The app is running! && sleep 3600']
  initContainers:
  - name: init-myservice
    image: busybox:1.28
    command: ['sh', '-c', 'until nslookup myservice; do echo waiting for myservice; sleep 2; done;']
  - name: init-mydb
    image: busybox:1.28
    command: ['sh', '-c', 'until nslookup mydb; do echo waiting for mydb; sleep 2; done;']

#这个例子是定义了一个具有 2 个 Init 容器的简单 Pod。 第一个等待 myservice 启动， 第二个等待 mydb 启动。 一旦这两个 Init容器都启动完成，Pod 将启动 spec 中的应用容器。


kubectl apply -f demo1.yaml


kubectl get pod

目前的Init状态是0/2，我们排查错误问题，可以去查看pod的相关信息

kubectl describe pod myapp-pod

然后还是看不出什么问题，我们可以查看日志信息

kubectl logs myapp-pod -c init-myservice

我们发现是无法解析myservice，查看Coredns是否正常

kubectl get pod -n kube-system

再查看Service是否正常

kubectl get svc

发现没有Service，我们创建Service

vim svc-demo1.yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: myservice
spec:
  ports:
  - port: 80
  protocol: TCP
  targetPort: 80
  selector:
    name: nginx-cxk


kubectl apply -f svc-demo1.yaml


kubectl get pod,svc

kubectl describe pod myapp-pod

kubectl logs myapp-pod -c init-mydb

vim svc-demo1.yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mydb
spec:
  ports:
  - port: 80
    protocol: TCP
    targetPort: 80
  selector:
    name: nginx-cxk


kubectl apply -f svc-demo1.yaml 

kubectl get pod,svc

以上就是Init初始化容器出现问题并如何解决的思路以及解决办法

在Pod启动过程中，Init容器会按顺序在网络和数据卷初始化之后启动。每个容器必须在下一个容器启动之前成功退出。
如果由于运行时或失败退出，将导致容器启动失败，它会根据Pod的restartPolicy指定的策略进行重试。然而，如果Pod的restartPolicy设置为Always，Init容器失败时会使用RestartPolicy策略。
在所有的Init容器没有成功之前，Pod将不会变成Ready状态。Init容器的端口将不会在Service中进行聚集。正在初始化中的Pod处于Pending状态，但应该会将Initializing状态设置为true。
如果Pod重启，所有Init容器必须重新执行。
对Init容器spec的修改被限制在容器image字段，修改其他字段都不会生效。更改Init容器的image字段，等价于重启该Pod。
Init容器具有应用容器的所有字段。除了readinessProbe，因为Init容器无法定义不同于完成（completion）的就绪（readiness）之外的其他状态。这会在验证过程中强制执行。
在Pod中的每个app和Init容器的名称必须唯一；与任何其它容器共享同一个名称，会在验证时抛出错误。

三、镜像拉取策略（imagePullPolicy）

Pod 的核心是运行容器，必须指定容器引擎，比如 Docker，启动容器时，需要拉取镜像，k8s 的镜像拉取策略可以由用户指定：

IfNotPresent：在镜像已经存在的情况下，kubelet 将不再去拉取镜像，仅当本地缺失时才从仓库中拉取，默认的镜像拉取策略
Always：每次创建 Pod 都会重新拉取一次镜像；
Never：Pod 不会主动拉取这个镜像，仅使用本地镜像。

注意：对于标签为“:latest”的镜像文件，其默认的镜像获取策略即为“Always”；而对于其他标签的镜像，其默认策略则为“IfNotPresent”。

官方示例：
https://kubernetes.io/docs/concepts/containers/images

vim demo2.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-test1
spec:
  containers:
    - name: nginx
      image: nginx
      imagePullPolicy: Always
      command: [ "echo", "SUCCESS" ]

kubectl apply -f demo2.yaml

kubectl get pod

默认拉取nginx镜像，镜像重启策略为Always，会一直重启；此时 Pod 的状态异常，原因是 echo 执行完进程终止，容器生命周期也就结束了

kubectl describe pod pod-test1

可以发现 Pod 中的容器在生命周期结束后，由于 Pod 的重启策略为 Always，容器再次重启了，并且又重新开始拉取镜像

vim demo2.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-test1
spec:
  containers:
    - name: nginx
      image: nginx:1.18
      imagePullPolicy: Never
      command: [ "echo", "SUCCESS" ]

kubectl delete pod pod-test1 

kubectl apply -f demo2.yaml 

kubectl get pod

拉取策略为Never，是默认拉取本地的镜像，由于本地没有Ninx:1.14镜像，所以pod启动失败

kubectl describe pod pod-test1

这里我们可以看到拉取Nginx:1.18镜像失败

vim demo2.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-test1
spec:
  containers:
    - name: nginx
      image: nginx:1.18
#      imagePullPolicy: Never
      command: [ "echo", "SUCCESS" ]

kubectl delete -f demo2.yaml

kubectl apply -f demo2.yaml 

kubectl get pod

vim demo2.yaml 

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-test1
spec:
  containers:
    - name: nginx
      image: nginx
#      imagePullPolicy: Never
      command: [ "echo", "SUCCESS" ]

kubectl delete pod pod-test1 

kubectl apply -f demo2.yaml 

kubectl get pod pod-test1 -oyaml | grep -i restart

四、镜像重启策略

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。

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，重启容器；正常退出则不重启容器
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

vim demo3.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: foo
spec:
  containers:
  - name: busybox
    image: busybox
    args:
    - /bin/sh
    - -c
    - sleep 30;

kubectl apply -f demo3.yaml

kubectl get pod

kubectl describe pod foo

我们创建的foo资源启用的是默认策略，Always，总是重启

vim demo3.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: foo
spec:
  containers:
  - name: busybox
    image: busybox
    args:
    - /bin/sh
    - -c
    - sleep 30;
  restartPolicy: OnFailure

kubectl delete pod foo

kubectl apply -f demo3.yaml

kubectl get pod

OnFailure模式会按要求进行退出，容器异常退出重启，正常退出的话，则不重启

vim demo3.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: foo
spec:
  containers:
  - name: busybox
    image: busybox
    args:
    - /bin/sh
    - -c
    - sleep 30;exit 3
  restartPolicy: OnFailure

kubectl apply -f demo3.yaml

kubectl get pod

exit3是表示状态码为非零状态，重启三次之后就不再重启

五、总结

1.Pod的基本概念

Pod是K8S最小的创建和运行单元

一个Pod包含一个或多个容器（一个或多个应用容器/业务容器（淘宝、京东、拼多多后台））

淘宝、京东、拼多多后台都属于业务或者应用容器

一个根容器/父容器/基础容器：Pause容器

Pod里的容器共享 Network UTS IPC User Mount等命名空间

2.Pod分类

自主式/静态Pod：不被控制器管理的Pod，没有自愈能力，一旦Pod挂掉，不会被重新拉起，而且副本数量不会因为达不到期望值而创建新的Pod，数据保存在节点上，一挂直接结束生命周期
控制器管理的Pod：被控制管理的Pod，有自愈能力，一旦Pod挂掉，会被重新拉起，而且副本数量会因为达不到期望值而创建新的Pod，也就是说Pod出现问题（删除、故障等）会自动重新拉起新的Pod

3.Pause容器

给Pod中的所有应用容器提供网络（共享IP）和存储（共享存储）资源的共享；作为PID=1进程（init进程），管理整个Pod容器组的生命周期

Pod中多个容器之间如何进行通讯？通过本机的localhost可以访问本机的其他容器；

Pod与Pod之间如何进行通讯？使用Kubernetes的网络插件（Flannel或者Calico）

4.Pod的分类

基础容器（Pause）：维护整个Pod网络和存储空间
初始化容器（init容器）：阻塞或者延迟应用容器的启动，可以为应用容器事先提供好运行环境和工具。多个init容器是串行启动的，每个init容器都必须在下一个init容器启动前完成启动和退出
应用容器（Main容器）：在所有init容器启动和退出后应用容器才会启动，并行启动，提供应用的程序业务