Kubernetes |Pod 深入理解与实践

这篇文章参考自《Kubernete权威指南》，对其中的相关章节做了一些总结，从下面十个点对pod进行深入讲解，也会有些配置的实例，希望对大家学习kubernetes带来些许帮助。

1pod定义详解
2pod到底是什么
3静态pod
4pod容器共享volume
5pod的配置管理
6pod的生命周期和重启策略
7pod健康检查
8玩转pod调度
9pod的扩容和缩容
10pod的滚动升级

1pod定义详解

下面是一个完整的yaml格式定义的文件,注意格式，子集包含关系，不要有tab，要用空格。不是所有的元素都要写，按照实际应用场景配置即可。

apiVersion: v1            //版本
kind: pod                 //类型，pod
metadata:                 //元数据
  name: String            //元数据，pod的名字
  namespace: String       //元数据，pod的命名空间
  labels:                 //元数据，标签列表
    - name: String        //元数据，标签的名字
  annotations:            //元数据,自定义注解列表
    - name: String        //元数据,自定义注解名字
spec:                     //pod中容器的详细定义
  containers:             //pod中的容器列表，可以有多个容器
  - name: String
    image: String         //容器中的镜像
    imagesPullPolicy: [Always|Never|IfNotPresent]//获取镜像的策略
    command: [String]     //容器的启动命令列表（不配置的话使用镜像内部的命令）
    args: [String]        //启动参数列表
    workingDir: String    //容器的工作目录
    volumeMounts:         //挂载到到容器内部的存储卷设置
    - name: String
      mountPath: String
      readOnly: boolean
    ports:                //容器需要暴露的端口号列表
    - name: String
      containerPort: int  //容器要暴露的端口
      hostPort: int       //容器所在主机监听的端口（容器暴露端口映射到宿主机的端口）
      protocol: String
    env:                  //容器运行前要设置的环境列表
    - name: String
      value: String
    resources:            //资源限制
      limits:
        cpu: Srting
        memory: String
      requeste:
        cpu: String
        memory: String
    livenessProbe:         //pod内容器健康检查的设置
      exec:
        command: [String]
      httpGet:             //通过httpget检查健康
        path: String
        port: number
        host: String
        scheme: Srtring
        httpHeaders:
        - name: Stirng
          value: String 
      tcpSocket:           //通过tcpSocket检查健康
        port: number
      initialDelaySeconds: 0//首次检查时间
      timeoutSeconds: 0     //检查超时时间
      periodSeconds: 0      //检查间隔时间
      successThreshold: 0
      failureThreshold: 0
      securityContext:      //安全配置
        privileged: falae
    restartPolicy: [Always|Never|OnFailure]//重启策略
    nodeSelector: object    //节点选择
    imagePullSecrets:
    - name: String
    hostNetwork: false      //是否使用主机网络模式，默认否
  volumes:                  //在该pod上定义共享存储卷
  - name: String
    meptyDir: {}
    hostPath:
      path: string
    secret:                 //类型为secret的存储卷
      secretName: String
      item:
      - key: String
        path: String
    configMap:             //类型为configMap的存储卷
      name: String
      items:
      - key: String
        path: String
       
      
  

2pod到底是什么

kubernetes中的一切都可以理解为是一种资源对象，pod,rc,service,都可以理解是 一种资源对象。podd的组成示意图如下：

QQ截图20170405161659.png

由一个叫”pause“的根容器，加上一个或多个用户自定义的容器构造。pause的状态带便了这一组容器的状态，pod里多个业务容器共享pod的Ip和数据卷。

我是这样理解的，在kubernetes环境下，pod是容器的载体，所有的容器都是在pod中被管理，一个或多个容器放在pod里作为一个单元方便管理。还有就是docker和kubernetes也不是一家公司的，如果做一个编排部署的工具，你也不可能直接去管理别人公司开发的东西吧，然后就把docker容器放在了pod里，在kubernetes的集群环境下，我直接管理我的pod,然后对于docker容器的操作，我把它封装在pod里，不直接操作。

3静态pod

静态Pod是由kubelet进行管理的仅存在于特定Node上的pod.它们不能通过API Server进行管理，无法与ReplicationController,Ddeployment或者DaemonSet进行关联，也无法进行健康检查。

所以我觉得这个静态pod没啥用武之地啊，就不详细的写下去了，偷个懒，嘻嘻。

4pod容器共享volume

在pod中定义容器的时候可以为单个容器配置volume，然后也可以为一个pod中的多个容器定义一个共享的pod 级别的volume。 那为啥要这样做呢，比如你在一个pod里定义了一个web容器，然后把生成的日志文件放在了一个文件夹，你还定义了一个分析日志的容器，那这个时候你就可以把这放日志的文件配置为共享的，这样一个容器生产，一个容器度就好了。

下面是一个使用共享volume的配置示例

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
 name: volume-pod
spec:
  containers:
  - name: tomcat
    image: tomcat
    ports:
    - containerPort: 8080
    volumeMounts:
    - name: app-logs
      mountPath: /usr/local/tomcat/logs
  - name: loganalysis
    image: loganalysis
    volumeMounts:
    - name: app-logs
      mountPath: /usr/local/tomcat/logs
  volumes:
  - name: app-logs
  emptyDir: {}
    

这个配置文件除了“emptyDir: {}”这个地方有点诡异以为，其他地方我估计大家一看就能明白，在最下面定义了一个叫“app-logs”的volume,然后上面的两个容器来使用它就好了。

然后现在来说说“emptyDir: {}”，其实这个地方有三种选择

  volumes:
  - name: app-logs
  emptyDir: {}
  
  
  volumes:
  - name: app-logs
  hostPth: 
    path: "/data"
    
    
  volumes:
  - name: app-logs
  gcePersistenDisk: 
    pdName: my-data-disk  //my-data-disk需要先创建好
    fsType: ext4

emptyDir是Pod分配到Node后创建的，他的初始内容为空，pod在Node上移除以后也就被销毁了。

hostPath是挂载到宿主机上的目录，比较适用于需要永久保存的数据

gcePersistenDisk 表示使用谷歌公有云提供的磁盘
创建my-data-disk： gcloud compute disks create --size=500GB --zone=us-centrall-a my-data-disk

5pod的配置管理

应用部署的一个最佳实践，就是将应用所需的配置信息与程序进行分离

kubernetes 提供了一种的集群配置管理方案,即ConfigMap，就是将一些环境变量或者配置文件定义为configmap，放在kubernetes中，可以让其他pod 调用
configmap 有以下典型的用法

1 生成为容器内的环境变量

2 设置容器启动命令的启动参数（需设置为环境变量）

3 以volume的形式挂载为容器内部的文件或目录

局限：

1ConfigMap 必须在pod之前创建

2ConfigMap也可以定于属于某个NameSpace，只有处于相同NameSpace的pod可以应用它

3ConfigMap中的配额管理还未实现

4如果是volume的形式挂载到容器内部，只能挂载到某个目录下，该目录下原有的文件会被覆盖掉

5静态不能用configmap(静态pod 不受API server 管理)

下面是使用ConfigMap的示例

1定义一个ConfigMap 配置文件 cm-appvars.yaml

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
 name: cm-appvars
data:
  apploglevel: info
  appdatadir: /var/date
    

2创建ConfigMap: kubectl create -f cm-appvars.yaml

3使用ConfigMap(环境变量的形式)

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
 name: cm-test-pod
spec:
  containers:
  - name: cm-test
    image: busybux
    env:
    - name: APPLOGLEVEL
      vlaueFrom:
        configMapKeyRef:
          name: cm-appvars   //要和之前创建的ConfigMap的name对应
          key: apploglevel
     - name: APPDATADIR
      vlaueFrom:
        configMapKeyRef:
          name: cm-appvars   //要和之前创建的ConfigMap的name对应
          key: appdatadir

除了可以定义简单的k-v键值对，还可以将整个配置文件定义成ConfigMap
比如server.xml logging.properties（使用volumeMount的形式，挂载到容器内部）

1定义一个ConfigMap 配置文件 cm-jdbcproperties.yaml

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
 name: cm-jdbcproperties
data:
  key-jdbcproperties: |
    JDBC_DRIVER_CLASS_NAME=com.mysql.jdbc.Driver
    JDBC_URL=jdbc:mysql://localhost:3306/bz_argon?useUnicode=true&characterEncoding=utf8
    JDBC_USER_NAME=root
    JDBC_PASSWORD=maojiancai
    JDBC_INITIALSIZE=10
    JDBC_MAXACTIVE=20
    JDBC_MAXIDLE=20
    JDBC_MINIDLE=10
    JDBC_MAXWAIT=60000
    JDBC_VALIDATIONQUERY=SELECT 1 FROM DUAL
    JDBC_TESTONBORROW=false
    JDBC_TESTONRETURN=false
    JDBC_TESTWHILEIDLE=true
    JDBC_TIMEBETWEENEVICTIONRUNSMILLIS=6000
    JDBC_MINEVICTABLEIDLETIMEMILLIS=25200000
    JDBC_REMOVEABANDONED=true
    JDBC_REMOVEABANDONEDTIMEOUT=1800
    JDBC_LOGABANDONED=true

    

2创建ConfigMap: kubectl create -f cm-jdbcproperties.yaml

3使用ConfigMap(使用volumeMount的形式)

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
 name: cm-test-app
spec:
  containers:
  - name: cm-test-app
    image: cm-test-app
    ports:
    - containerPort: 8080
    volumeMounts:
    - name: jdbcproperties //应用下面定义的volumes名
      mountPath: /configfiles
  volumes:
  - name: jdbcproperties    //volumes名
    configMap:
      name: cm-jdbcproperties//这个名字是第二步创建的configMap
      items:
      - key: key-jdbcproperties
        path: jdbc.properties
    

再提醒一下;

如果是volume的形式挂载到容器内部，只能挂载到某个目录下，该目录下原有的文件会被覆盖掉

6pod的生命周期和重启策略

pod一共有四种状态

状态值	描述
Pending	APIserver已经创建该server,但pod内有一个或多个容器的镜像还未创建，可能在下载中。
Running	Pod内所有的容器已创建，且至少有一个容器处于运行状态，正在启动或重启状态
Failed	Pod内所有容器都已退出，其中至少有一个容器退出失败
Unknown	由于某种原因无法获取Pod的状态比如网络不通。

重启策略	描述
Always	容器失效时，即重启
OnFailure	容器终止运行，且退出码不为0 时重启
Never	P不重启

Pod的重启策略应用于Pod内的所有容器，由Pod所在Node节点上的Kubelet进行判断和重启操作。重启策略有以下三种:

重启策略	描述
Always	容器失效时，即重启
OnFailure	容器终止运行，且退出码不为0 时重启
Never	P不重启

7pod健康检查

Kubernetes内部通过2种探针，实现了对Pod健康的检查

LivenessProbe探针：判断容器是否存活（running）
ReadinessProbe探针： 用于判断容器是否启动完成（ready）

LivenessProbe探针通过三种方式来检查容器是否健康

（1）ExecAction:在容器内部执行一个命令，如果返回码为0，则表示健康

示例：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
 name: liveness
spec:
  containers:
  - name: liveness
    image: liveness
    args: 
    - /bin/sh
    - -c
    - echo ok > /tmp/healthy: sleep 10; rm - rf /tmp/healthy; sleep 600
    livenessProbe:
      exec:
        command:
        - cat
        - /tmp/health
    initialDelaySeconds: 15
    timeoutSeconds: 1
    

（2）TcpAction:通过IP 和port ,如果能够和容器建立连接则表示容器健康

示例：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
 name: pod-with-healthcheck
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
    ports:
    - containerPort: 80
    livenessProbe:
      tcpSocket:
        port: 80
    initialDelaySeconds: 15
    timeoutSeconds: 1
    

（3）HttpGetAction:发送一个http Get请求（ip+port+请求路径）如果返回状态吗在200-400之间则表示健康

示例：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
 name: pod-with-healthcheck
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
    ports:
    - containerPort: 80
    livenessProbe:
      httpGet:
        path: /_status/healthz  //请求路径
        port: 80
    initialDelaySeconds: 15
    timeoutSeconds: 1
    

8玩转pod调度

在kubernetes系统中，pod在大部分场景下都只是容器的载体而已，通常需要通过Deployment,DaemonSet,Job等对象来完成Pod的调度与自动控制功能。

（1）RC,Deployment: 全自动调度

RC的主要功能之一就是自动部署一个容器应用的多份副本，以及持续监控，保持集群内有一定数量的副本数量（配置文件指定了副本数量）

NodeSelector: 定向调度

kubernetes中的Schduler 负责实现pode的调度，他会根据一些复杂的算法，把pod调度到某一个Node上，如果你想指定某个Pod需要指定在某个Node上则可以通过NodeSelector定向调度

示例：

1首先通过kubectl给node打上标签：

格式： kubectl label nodes <node-name> <label-key>=<label-value>

kubectl label nodes node1 zone=north

2在pod定义里选择某个node

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-with-healthcheck
spec:
containers:
- name: nginx
  image: nginx
  ports:
  - containerPort: 80
nodeSelector:
  zone: north
  

除了有定向的，还有亲和性的调度 NodeAffinity，符合某种条件的，比如，某个值大于1的（可以理解为模糊匹配）,NodeAffinity有In NotIn Exists DoesNotExists Gt Lt 等操作规则来选择Node.

（2）DaemonSet: 特点场景调度

DaemonSet,用于管理在集群中每个Node上只运行一份Pod的副本实例，比如在每节点上都运行有且只有一个fluentd

示例：配置使得在每个节点上都有一个fluentd 容器

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: DaemonSet
metadata:
 name: fluentd-cloud-logging
 namespace: kube-system
 labels:
   k8s-app: fluentd-cloud-logging
spec:
  template:
    metadata：
       namespace: kube-system
       labels:
         k8s-app: fluentd-cloud-logging
    spec:
      containers:
      - name: fluentd-cloud-logging
        images: gcr.io/google_containers/fluentd-elasticsearch:1.17
        resources:
          limits:
            cpu: 100m
            memory: 200Mi
        env:
        - name: FLUENTD_ARGS
          value: -q
        volumeMounts:
        - name: varlog
          mountPath: /var/log
          readOnly: false
        - name: containers
          mountPath: /var/lib/docker/containers
      volumes:
      - name: containers
        hostPath:
          path: /var/lib/docker/containers
      - name: varlog
        hostPath:
          path: /var/log
 
    

（3）Job: 批处理调度
我们可以通过Kubernetes job资源对象来定义并启动一个批处理任务。批处理任务通常并行（或者串行）启动多个计算机进程去处理一批工作项。·

9pod的扩容和缩容

1通过scale来完成扩容或缩容

假设 redis-slave 这个pod原来定义了5个副本（reolics:5）

扩容到10个,执行命令： kubectl scale rc redis-slave --replicas=10

缩容到2个，执行命令：kubectl scale rc redis-slave --replicas=2

2动态扩容缩容（HPA）

通过对cpu使用率的监控，HPA(Horizontal Pod Autoscaler),来动态的扩容或缩容。pod cpu使用率是考heapster组件来获取的，所以要预先安装好。

创建HPA：

在创建HPA前需要已经存在一个RC或Deployment对象，并且该RC或Deployment中的Pod必须定义 resource.request.cpu的请求值，否则无法获取cpu使用情导致HPA 无法工作

假设现在有一个php-apache RC

1通过kubectl autoscale 命令创建

kubectl autoscale rc php-apache --min=1 --max=10 --cpu-percent=50

含义：在1-10之间调整副本数量，使CPU使用率维持在50%左右

2通过配置文件的方式创建HPA

apiVersion: autoscaling/v1
kind: HorizaontalPodAutoscaler
metadata:
 name: php-apache
spec:
 scaleTargetRef:
   apiVersion: v1
   kind: ReplicationController
   name: php-apache
 minReplicas: 1
 maxrReplicas: 10
 targetCPUUtilizationPercentage: 50

10pod的滚动升级

滚动升级通过kubectl rolling-update 命令一键完成。

示例：假设现在运行的redis-master的pod是1.0版本，现在需要升级到2.0版本。

创建redis-master-controller-v2.yaml

apiVersion: v1
kind: ReplicationController
metadata:
 name: redis-master-v2
 labels:
  name: redis-master
  version: v2
spec:
  replicas: 1
  selector:
    name: redis-master
    version: v2
  template:
    metadata:
      labels:
        name: redis-master
        version: v2
    spec:
    containers:
    - name: master
      images: kubeguide/redis-master:2.0
      ports:
      - containerPort: 6379
      

更新：kubectl rolling-update redis-master -f redis-master-controller-v2.yaml

需要注意到是：

rc的名字（name）不能与旧的rc的名字相同

在selector中至少有一个Label与旧的Label不同。以标识其为新的RC