【Kubernetes】Pod生命周期、初始化容器、主容器

一、Pod生命周期

Pod从创建到终止退出的时间范围称为Pod生命周期。

1、生命周期重要流程

创建基础容器（pause container）
初始化容器（init-X Containers）
主容器（container）
启动后的钩子(post-start)
启动探测(startupprobe)、存活性探测(livenessprobe)、就绪性探测(readnessprobe)
容器停止前的钩子(pre-stop)

pod在整个生命周期过程中总会处于以下几个状态：、

Pending： 创建pod资源并存入etcd中，但尚未完成调度。
ContainerCreating： pod调度完成，处于容器创建的过程中，通常是在拉取镜像的过程中。
Running： pod中所有容器都已经成功创建，并且成功运行起来。
Succeeded： pod中所有容器都已成功终止并不会被重启。
Failed: 所有容器都已经终止，但至少有一个容器终止失败，也就是说容器返回了非0值的退出状态或者已经被系统终止。
Unknown: 因为某些原因无法获取pod的状态，这种情况通常是因为与pod所在的主机通信失败。

2、生命周期重要行为

【1】创建pause基础容器

在启动任何容器之前，先创建pause基础容器，它初始化pod的环境并为后续加入的容器提供共享的名称空间（网络，存储等）。

【2】初始化容器（init-X container）

一个pod可以拥有任意数量的init容器。
init容器是按照顺序以此执行的，并且仅当最后一个init容器执行完毕才会去启动主容器。

【3】生命周期钩子
pod允许定义俩种类型的生命周期的钩子。
启动后钩子（post-start）和停止前钩子（pre-stop）。

这些生命周期钩子是基于每个容器来指定的，和init容器不容的是，init容器是应用到整个pod，而这些钩子是针对容器的，是在容器启动后和停止前执行的。

【4】容器探测
对Pod健康状态诊断，分为3种： StartupProbe（启动探测）、LivenessProbe（存活性探测）、ReadinessProbe（就绪性探测）

Startup（启动探测）:探测容器是否正常运行

Liveness(存活性探测)：判断容器是否处于runnning状态，根据重启策略决定是否重启容器

Readiness(就绪性检测)：判断容器是否准备就绪并对外提供服务，将容器设置为不可用，不接受service转发的请求

三种探针用于Pod检测：

ExecAction：在容器中执行一个命令，并根据返回的状态码进行诊断，只有返回0为成功
TCPSocketAction：通过与容器的某TCP端口尝试建立连接
HTTPGetAction：通过向容器IP地址的某指定端口的path发起HTTP GET请求。

【5】容器的重启策略

定义是否重启Pod对象。

Always：但凡Pod对象终止就重启，默认设置。
OnFailure：仅在Pod出现错误时才重启。
Never：从不。

注：一旦pod绑定到一个节点上，就不会重新绑定到另一个节点上，要么重启，要么终止

【6】pod终止过程

1. 用户发出删除pod命令：kubectl delete pod、kubectl delete -f XXX.yaml
2. pod对象随着时间的推移更新，在宽限期内（默认情况下30秒），pod被视为dead状态
3. 将pod标记为Terminating状态，同时启动pod关闭过程。
4. endpoints控制器监控到pod对象关闭，将pod与service匹配的endpoints列表中删除
5. 如果pod中定义了preStop钩子处理程序，则pod被标记为Terminating状态时以同步的方式启动执行；若宽限期结束后，preStop仍未结束执行，第二步会重新执行并额外获得一个2秒的小宽限期
6. pod内对象的容器收到TERM信号
7. 宽限期结束后，若存在任何一个运行的进程，pod会收到SIGKILL信号
8. kubelet请求API Server将此pod资源宽限期设置为0从而完成删除操作

二、Init容器

1、简介

spec字段下有个initContainers字段(初始化容器)，Init容器就是做初始化工作的容器。可以有一个或多个，如果多个按照定义的顺序依次执行，先执行初始化容器1，再执行初始化容器2等，等初始化容器执行完具体操作之后初始化容器就退出了，只有所有的初始化容器执行完后，主容器才启动。

由于一个Pod里容器存储卷是共享的，所以Init Container里产生的数据可以被主容器使用到，Init Container可以在多种K8S资源里被使用到，如Deployment、DaemonSet, StatefulSet、Job等，但都是在Pod启动时，在主容器启动前执行，做初始化工作。

2、与主容器区别

1、初始化容器不支持 Readinessprobe,因为它们必须在Pod就绪之前运行完成
2、每个Init容器必须运行成功,下一个才能够运行

3、初始化容器使用案例

[root@master 5]# cat init.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myapp-pod
  labels:
    app: myapp
spec:
  initContainers:
  - name: init-myservice
    image: busybox:1.28
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    command: ['sh', '-c', "until nslookup myservice.$(cat /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount/namespace).svc.cluster.local; do echo waiting for myservice; sleep 2; done"]
  - name: init-mydb
    image: busybox:1.28
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    command: ['sh', '-c', "until nslookup mydb.$(cat /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount/namespace).svc.cluster.local; do echo waiting for mydb; sleep 2; done"]
  containers:
  - name: myapp-container
    image: busybox:1.28
    command: ['sh', '-c', 'echo The app is running! && sleep 3600']

[root@master 5]# kubectl apply -f init.yaml
pod/myapp-pod created
# 目前init容器指定的命令是解析不了的，所以主容器不会创建
[root@master 5]#  kubectl get pods
NAME                              READY   STATUS     RESTARTS      AGE
myapp-pod                         0/1     Init:0/2   0             61s

[root@master 5]# cat init2.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myapp-pod
  labels:
    app: myapp
spec:
  initContainers:
  - name: init-myservice
    image: busybox:1.28
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    command: ['sh', '-c', "sleep 2"]
  - name: init-mydb
    image: busybox:1.28
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    command: ['sh', '-c', "sleep 2"]
  containers:
  - name: myapp-container
    image: busybox:1.28
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    command: ['sh', '-c', 'echo containers start running! && sleep 3600']
[root@master 5]# k apply -f init2.yaml
pod/myapp-pod created
[root@master 5]# k get pod
NAME                              READY   STATUS     RESTARTS      AGE
myapp-pod                         0/1     Init:1/2   0             5s
# 初始化容器创建完成
[root@master 5]# k get pod
NAME                              READY   STATUS    RESTARTS      AGE
myapp-pod                         1/1     Running   0             15s

4、初始化容器生产应用

eg:主容器运行nginx服务，初始化容器用来给主容器生成index.html文件。

[root@master 5]# cat init-1.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: initnginx
spec:
  initContainers:
  - name: install
    image: docker.io/library/busybox:1.28
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    command:
    - wget
    - "-O"
    - "/work-dir/index.html"
    - "https://www.baidu.com"
    volumeMounts:
    - name: workdir
      mountPath: /work-dir
  containers:
  - name: nginx
    image: docker.io/library/nginx
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    ports:
    - containerPort: 80
    volumeMounts:
    - name: workdir
      mountPath: /usr/share/nginx/html
  dnsPolicy: Default
  volumes:
  - name: workdir
    emptyDir: {}
[root@master 5]# kubectl apply -f init-1.yaml
pod/initnginx created
[root@master 5]# kubectl get pods  -owide
NAME                              READY   STATUS    RESTARTS       AGE    IP               NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
initnginx                         1/1     Running   0              104s   10.244.140.70    node02   <none>           <none>
[root@master 5]# curl 10.244.140.70
<!DOCTYPE html>
<!--STATUS OK--><html> <head><meta http-equiv=content-type content=text/html;charset=utf-8><meta http-equiv=X-UA-Compatible content=IE=Edge><meta content=always name=referrer><link rel=stylesheet type=text/css href=https://ss1.bdstatic.com/5eN1bjq8AAUYm2zgoY3K/r/www/cache/bdorz/baidu.min.css><title>百度一下，你就知道</title></head> <body link=#0000cc> <div id=wrapper> <div id=head> <div class=head_wrapper> <div class=s_form> <div class=s_form_wrapper> <div id=lg> <img hidefocus=true src=//www.baidu.com/img/bd_logo1.png width=270 height=129> </div> <form id=form name=f action=//www.baidu.com/s class=fm> <input type=hidden name=bdorz_come value=1> <input type=hidden name=ie value=utf-8> <input type=hidden name=f value=8> <input type=hidden name=rsv_bp value=1> <input type=hidden name=rsv_idx value=1> <input type=hidden name=tn value=baidu><span class="bg s_ipt_wr"><input id=kw name=wd class=s_ipt value maxlength=255 autocomplete=off autofocus=autofocus></span><span class="bg s_btn_wr"><input type=submit id=su value=百度一下 class="bg s_btn" autofocus></span> </form> </div> </div> <div id=u1> <a href=http://news.baidu.com name=tj_trnews class=mnav>新闻</a> <a href=https://www.hao123.com name=tj_trhao123 class=mnav>hao123</a> <a href=http://map.baidu.com name=tj_trmap class=mnav>地图</a> <a href=http://v.baidu.com name=tj_trvideo class=mnav>视频</a> <a href=http://tieba.baidu.com name=tj_trtieba class=mnav>贴吧</a> <noscript> <a href=http://www.baidu.com/bdorz/login.gif?login&amp;tpl=mn&amp;u=http%3A%2F%2Fwww.baidu.com%2f%3fbdorz_come%3d1 name=tj_login class=lb>登录</a> </noscript> <script>document.write('<a href="http://www.baidu.com/bdorz/login.gif?login&tpl=mn&u='+ encodeURIComponent(window.location.href+ (window.location.search === "" ? "?" : "&")+ "bdorz_come=1")+ '" name="tj_login" class="lb">登录</a>');
                </script> <a href=//www.baidu.com/more/ name=tj_briicon class=bri style="display: block;">更多产品</a> </div> </div> </div> <div id=ftCon> <div id=ftConw> <p id=lh> <a href=http://home.baidu.com>关于百度</a> <a href=http://ir.baidu.com>About Baidu</a> </p> <p id=cp>&copy;2017&nbsp;Baidu&nbsp;<a href=http://www.baidu.com/duty/>使用百度前必读</a>&nbsp; <a href=http://jianyi.baidu.com/ class=cp-feedback>意见反馈</a>&nbsp;京ICP证030173号&nbsp; <img src=//www.baidu.com/img/gs.gif> </p> </div> </div> </div> </body> </html>


# 进入容器查看index.html，内容同上
[root@master 5]# kubectl exec -it initnginx -- /bin/bash
root@initnginx:/# cd /usr/share/nginx/html/
root@initnginx:/usr/share/nginx/html# ls -l
total 4
-rw-r--r-- 1 root root 2443 May 16 08:41 index.html
root@initnginx:/usr/share/nginx/html# cat index.html
<!DOCTYPE html>
<!--STATUS OK--><html> <head><meta http-equiv=content-type content=text/html;charset=utf-8><meta http-equiv=X-UA-Compatible content=IE=Edge><meta content=always name=referrer><link rel=stylesheet type=text/css href=https://ss1.bdstatic.com/5eN1bjq8AAUYm2zgoY3K/r/www/cache/bdorz/baidu.min.css><title>百度一下，你就知道</title></head> <body link=#0000cc> <div id=wrapper> <div id=head> <div class=head_wrapper> <div class=s_form> <div class=s_form_wrapper> <div id=lg> <img hidefocus=true src=//www.baidu.com/img/bd_logo1.png width=270 height=129> </div> <form id=form name=f action=//www.baidu.com/s class=fm> <input type=hidden name=bdorz_come value=1> <input type=hidden name=ie value=utf-8> <input type=hidden name=f value=8> <input type=hidden name=rsv_bp value=1> <input type=hidden name=rsv_idx value=1> <input type=hidden name=tn value=baidu><span class="bg s_ipt_wr"><input id=kw name=wd class=s_ipt value maxlength=255 autocomplete=off autofocus=autofocus></span><span class="bg s_btn_wr"><input type=submit id=su value=百度一下 class="bg s_btn" autofocus></span> </form> </div> </div> <div id=u1> <a href=http://news.baidu.com name=tj_trnews class=mnav>新闻</a> <a href=https://www.hao123.com name=tj_trhao123 class=mnav>hao123</a> <a href=http://map.baidu.com name=tj_trmap class=mnav>地图</a> <a href=http://v.baidu.com name=tj_trvideo class=mnav>视频</a> <a href=http://tieba.baidu.com name=tj_trtieba class=mnav>贴吧</a> <noscript> <a href=http://www.baidu.com/bdorz/login.gif?login&amp;tpl=mn&amp;u=http%3A%2F%2Fwww.baidu.com%2f%3fbdorz_come%3d1 name=tj_login class=lb>登录</a> </noscript> <script>document.write('<a href="http://www.baidu.com/bdorz/login.gif?login&tpl=mn&u='+ encodeURIComponent(window.location.href+ (window.location.search === "" ? "?" : "&")+ "bdorz_come=1")+ '" name="tj_login" class="lb">登录</a>');
                </script> <a href=//www.baidu.com/more/ name=tj_briicon class=bri style="display: block;">更多产品</a> </div> </div> </div> <div id=ftCon> <div id=ftConw> <p id=lh> <a href=http://home.baidu.com>关于百度</a> <a href=http://ir.baidu.com>About Baidu</a> </p> <p id=cp>&copy;2017&nbsp;Baidu&nbsp;<a href=http://www.baidu.com/duty/>使用百度前必读</a>&nbsp; <a href=http://jianyi.baidu.com/ class=cp-feedback>意见反馈</a>&nbsp;京ICP证030173号&nbsp; <img src=//www.baidu.com/img/gs.gif> </p> </div> </div> </div> </body> </html>

简化index.html内容

[root@master 5]# cat init-1.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: initnginx
spec:
  initContainers:
  - name: install
    image: docker.io/library/busybox:1.28
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    command:
    - /bin/sh
    - -c
    - |
      mkdir -p /work-dir &&
      echo hellohejin >/work-dir/index.html
    volumeMounts:
    - name: workdir
      mountPath: /work-dir
  containers:
  - name: nginx
    image: docker.io/library/nginx
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    ports:
    - containerPort: 80
    volumeMounts:
    - name: workdir
      mountPath: /usr/share/nginx/html
  dnsPolicy: Default
  volumes:
  - name: workdir
    emptyDir: {}
[root@master 5]# kubectl delete -f init-1.yaml
pod "initnginx" deleted
[root@master 5]# kubectl apply -f init-1.yaml
pod/initnginx created
[root@master 5]# kubectl get pods  -owide
NAME                              READY   STATUS    RESTARTS       AGE    IP               NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
initnginx                         1/1     Running   0              4s     10.244.140.74    node02   <none>           <none>
[root@master 5]# curl 10.244.140.74
hellohejin

三、主容器

1、容器钩子

初始化容器启动之后，开始启动主容器，在主容器启动之后有一个post start hook（容器启动后钩子）和pre stop hook（容器结束前钩子）。
无论启动后还是结束前所做的事我们可以把它放俩个钩子，表示用户可以用它来钩住一些命令，非必须选项

【1】postStart

容器创建之后立刻执行，用于资源部署、环境准备等。【此容器是在pause容器准备好网络，存储卷 -----> initcontainer 初始化容器 ------> postStart -----> 主容器Container, 的时候执行】

【2】preStop

容器被删除之前执行，主要用于释放资源和优雅关闭程序【此容器是在程序关闭之前进行资源释放和关闭程序，此状态一般为结束中】

2、钩子用法

......
containers:
- image: sample:v2  
     name: war
     lifecycle：
      postStart:
       exec:
         command:  # 容器创建成功，复制/sample.war到/app文件夹中
          - “cp”
          - “/sample.war”
          - “/app”
      prestop:
       httpGet:  # 容器终止之前，发送http请求到http://monitor.com:8080/waring 
        host: monitor.com
        path: /waring
        port: 8080
        scheme: HTTP
......

3、优雅删除资源对象

当用户请求删除含有pod资源对象时（如：RC、deploy），k8s提供俩种信息通知：

1）默认
k8s通知node执行docker stop命令，docker现象容器中pid为1的进程发送系统信号SIGTERM，然后等待容器中的应用程序终止执行，若等待时间超过设定的时间或者默认超时时间30秒，会继续发送SIGKILL的系统信号强行kill掉进程。

2）使用pod生命周期（利用preStop回调函数），执行在发送终止信号之前。
kubectl delete xxx --grace-period=0 ，立即从API中删除pod

在节点上，被设置了立即结束的的pod，仍然会给一个很短的优雅退出时间段，才会开始被强制杀死。如下

spec:
  containers:
  - name: nginx-demo
    image: centos:nginx
    lifecycle:
      preStop:
        exec:
          # nginx -s quit gracefully terminate while SIGTERM triggers a quick exit
          command: ["/usr/local/nginx/sbin/nginx","-s","quit"]
    ports:
      - name: http
        containerPort: 80

演示案例：

[root@xianchaomaster1]# cat pre-start.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: life-demo
spec:
  containers:
  - name: lifecycle-demo-container
    image: docker.io/xianchao/nginx:v1
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    lifecycle:
      postStart:
         exec:
           command: ["/bin/sh", "-c","echo 'lifecycle hookshandler' > /usr/share/nginx/html/test.html"]
      preStop:
         exec:
           command:
           - "/bin/sh"
           - "-c"
           - "nginx -s stop"

总结： POD在整个生命周期中有非常多的用户行为：
1、初始化容器完成初始化
2、主容器启动后可以做启动后钩子
3、主容器结束前可以做结束前钩子
4、在主容器运行中可以做一些健康检测，如startupprobe、livenessprobe，readnessprobe。