Kubernetes专栏

Kubernetes：Pod剖析

2021-03-26  本文已影响0人  wyatt_plus

一. 简介

Pod，是 Kubernetes 项目中最小的 API 对象。一个Pod里面可以运行多个用户容器，容器之间可以存在一定的拓扑结构。

但是，Pod 只是一个逻辑概念，提供的是一种编排思想，而不是具体的技术方案。准确来说，Kubernetes 真正处理的，还是宿主机操作系统上 Linux 容器的 Namespace 和 Cgroups，而并不存在一个所谓的 Pod 的边界或者隔离环境。

关于本文的案例代码，都在此链接中：GitHub项目地址

二. 共享网络

2.1 原理

Pod，其实是一组共享了某些资源的容器。具体的说：Pod 里的所有容器，共享的是同一个 Network Namespace，并且可以声明共享同一个 Volume。

2.2 Infra容器

在 Kubernetes 项目里，Pod 的实现需要使用一个中间容器，这个容器叫作 Infra 容器。在这个 Pod 中，Infra 容器永远都是第一个被创建的容器，而其他用户定义的容器，则通过Join Network Namespace 的方式，与 Infra 容器关联在一起。

infra architecture
例如上图，这个 Pod 里有两个容器Container-1 和Container-2，还有一个 Infra 容器。在 Kubernetes 项目里，Infra 容器一定要占用极少的资源，所以它使用的是一个非常特殊的镜像，叫作：k8s.gcr.io/pause。
这个镜像是一个用汇编语言编写的、永远处于“暂停”状态的容器，解压后的大小也只有100~200 KB 左右。

如下就能看到一对一的关系：


Infra List

2.3 流程

对于 Pod 里的Container-1 和Container-2 来说：

三. 共享存储

3.1 原理

在Pod中共享文件或目录很简单，实际上是通过将Volume转移到Pod级别来完成的。容器中的所有容器共享所有Volume。

3.2 案例

如下案例，描述共享存储的案例：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: demo-containers
spec:
  restartPolicy: Never
  volumes:
  - name: shared-data
    hostPath:      
      path: /data
  containers:
  - name: nginx-container
    image: nginx
    volumeMounts:
    - name: shared-data
      mountPath: /usr/share/nginx/html
  - name: debian-container
    image: debian
    volumeMounts:
    - name: shared-data
      mountPath: /pod-data
    command: ["/bin/sh"]
    args: ["-c", "echo Hello World > /pod-data/index.html"]

在这个例子中，debian-container 和 nginx-container 都声明挂载了 shared-data 这个 Volume。而 shared-data 是 hostPath 类型。所以，它对应在宿主机上的目录就是：/data。
而这个目录，其实就被同时绑定挂载进了上述两个容器当中，所以 nginx-container 可以从它的/usr/share/nginx/html 目录中读取到 debian-container 生成的 index.html 文件。

三. 拓展

3.1 超亲密关系

Pod 是一种“超亲密关系”容器的设计思想。当用户需要思考多个容器之间是否需要部署进同一个Pod时，这是一个首要问题。

简单的场景如下：


Pod 场景

关于“超亲密关系”，可以分为以下几类：

3.2 Pod级别

在Pod YAML中，可以做出如下的分类：

  1. 凡是调度、网络、存储，以及安全相关的属性，基本上是 Pod 级别的。
  2. 凡是跟容器的 Linux Namespace 相关的属性，也一定是 Pod 级别的。Pod 的设计，就是要让它里面的容器尽可能多地共享 Linux Namespace，仅保留必要的隔离和限制能力。
  3. 凡是 Pod 中的容器要共享宿主机的 Namespace，也一定是 Pod 级别的定义。

3.3 Pod参数

案例Pod YAML如下：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: demo-pod
spec:
  nodeSelector:
    gpu: nvida
  containers:
    - name: demo-pod-container
      image: nginx
      imagePullPolicy: Always
      lifecycle:
        postStart:
          exec:
            command:
              ["/bin/sh", "-c", "echo Hello PostStart > /usr/share/message"]
        preStop:
          exec:
            command: ["/usr/sbin/nginx", "-s", "quit"]
  1. 关于Pod参数的具体含义：
  1. 关于Container参数的具体含义

3.3 Pod状态

Pod 生命周期的变化，主要体现在 Pod API 对象的 Status 部分，pod.status.phase就是 Pod 的当前状态.
它有如下几种可能的情况：

  1. Pending
    这个状态意味着，Pod 的 YAML 文件已经提交给了 Kubernetes，API 对象已经被创建并保存在 Etcd 当中。但是，这个 Pod 里有些容器因为某种原因而不能被顺利创建。比如，调度不成功。
  2. Running
    这个状态下，Pod 已经调度成功，跟一个具体的节点绑定。它包含的容器都已经创建成功，并且至少有一个正在运行中。
  3. Succeeded
    这个状态意味着，Pod 里的所有容器都正常运行完毕，并且已经退出了。一般发生在运行Job时。
  4. Failed
    这个状态下，Pod 里至少有一个容器以不正常的状态（非 0 的返回码）退出。我们需要查看 Pod 的 Events 和日志。
  5. Unknown
    这是一个异常状态，意味着 Pod 的状态不能持续地被 kubelet 汇报给 kube-apiserver，这很有可能是主从节点（Master 和 Kubelet）间的通信出现了问题。

Pod 对象的 Status 字段，还可以再细分出一组 Conditions。这些细分状态的值包括

正常情况下，我们都是这样的running状态：


running status

四. 总结

Pod，实际上是在扮演传统基础设施里“虚拟机”的角色。而容器，则是这个虚拟机里运行的用户程序。而且，Pod的设计完全脱离Docker这样的容器，对于Kubernetes这样的操作系统来说，达到普适性的目标非常有帮助。
Pod是一个最基本也是颗粒度最小的调度单位，学会这个是迈出Kubernetes的第一步。

顺便说一句，VS Code的对Kubernetes的YAMl编写提示还是非常友好的，对新手很合适。


VS code

最后，欢迎关注我的博客：https://blog.wyatt.plus

Reference

https://alibaba-cloud.medium.com/getting-started-with-kubernetes-pods-and-container-design-modes-c76ade940ea0
https://time.geekbang.org/column/article/40366?utm_campaign=guanwang&utm_source=baidu-ad&utm_medium=ppzq-pc&utm_content=title&utm_term=baidu-ad-ppzq-title

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