CKA认证 | Day4 K8s管理应用生命周期（下）

第四章 K8s管理应用程序生命周期（下）

1、Pod对象

1.1 Pod 的基本概念

Pod 是 Kubernetes 中最基本和最重要的概念之一，是一个逻辑抽象概念，Kubernetes创建和管理的最小单元， 一个Pod由一个容器或多个容器组成。它简化了容器的部署、管理和扩展。通过 Pod可以轻松地将应用程序的不同组件组织在一起，确保它们共享资源和网络环境。

Pod 的主要特点：

① 容器共享网络和存储

• 共享网络命名空间：Pod 中的所有容器共享同一个网络命名空间，这意味着它们可以使用 localhost 相互通信。
• 共享存储卷：Pod 中的容器可以共享存储卷，便于数据交换和持久化。

② 生命周期管理

• Pod 生命周期：Pod 的生命周期由 Kubernetes 管理，包括创建、运行、更新和终止。
• 健康检查：Kubernetes 可以通过健康检查（Liveness Probes 和 Readiness Probes）自动管理Pod 的健康状态。

③ 自动调度

• 节点调度：Kubernetes 自动将 Pod 调度到集群中的适当节点上，基于资源需求、策略和约束条件。
• 高可用性和容错：如果节点发生故障，Kubernetes 会自动将 Pod 重新调度到其他节点上，确保服务的高可用性。

1.2 Pod 存在的意义

Pod主要用法：

1. 主容器（Main Container）：主要应用程序容器，通常是一个长时间运行的服务。又或者是运行单个容器，最常见的用法可以将Pod看做是单 个容器的抽象封装；
2. 辅助容器（Sidecar Container）：辅助容器，用于支持主容器的功能，如日志收集、监控代理等。又或者是运行多个容器： 通过在Pod中定义专门容器来执行主业务容器需要的辅助工作，这样好处是将辅助功能同主业务 容器解耦，实现独立发布和能力重用。

如某些场景下，有部分代码考虑是否在源代码的基础上增加，随着用户量的上升可能导致源代码的臃肿。前期可以将非核心的功能进行解耦出来，对以后业务的扩展会有很多帮助，例如：

• 日志收集

• 应用监控

1.3 Pod 资源共享实现机制

① 共享网络：将业务容器网络加入到“负责网络的容器 infa container”实现网络共享

解释：该网络容器会在创建Pod之前先创建，创建完成后其它容器会加入到这个容器实现网络共享，因为都在同一个网络协议栈（容器共享网络命名空间）

补充：Pod为k8s中的最小调度单元，所以一个Pod中如果存在多个容器，使用的IP，即POD IP，也是唯一的一个IP，可以通过这个IP访问Pod里面任何一个容器，IP是共享的。

共享网络YAML示例：

# kubectl apply -f pod-net-test.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:labels:app: testname: pod-net-test namespace: default
spec:containers:- image: busybox name: bscommand: ["/bin/sh","-c","sleep 12h"]- image: nginxname: web

# 测试
# kubectl get pods -o wide
NAME           READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP              NODE             NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-net-test   2/2     Running   0          42m   10.244.114.27   k8s-node2-1-73   <none>           <none># 进入容器
# kubectl exec -it pod-net-test -- bash   //默认会进入其中一个
Defaulted container "web" out of: web, bs# 指定容器进入
# kubectl exec -it pod-net-test -c web -- bash
root@pod-net-test:/# curl -i 127.0.0.1    //访问容器本地IP，可获得Nginx信息# kubectl exec -it pod-net-test -c bs -- sh   //busybox不支持bash终端
/ # wget 127.0.0.1    //可获得Nginx的index.html页面
/ # netstat -nlptu | grep 80
tcp        0      0 0.0.0.0:80              0.0.0.0:*               LISTEN      -
tcp        0      0 :::80                   :::*                    LISTEN      -

结论：在 bs 容器中可看到监听 80端口，但是没有相关服务进程，通过127.0.0.1访问，即可得到nginx容器的index.html 页面

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② 共享存储：容器通过数据卷共享数据

共享存储YAML示例：

# kubectl apply -f pod-volume-test.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:labels:app: testname: pod-volume-test namespace: default
spec:containers:- image: busybox name: testcommand: ["/bin/sh","-c","sleep 12h"]volumeMounts:         # 数据卷挂载- name: log           # 指定挂载的数据卷名称mountPath: /data    # 数据卷挂载到容器中的路径- image: nginxname: webvolumeMounts:- name: logmountPath: /usr/share/nginx/htmlvolumes:          # 定义数据卷- name: log       # 数据卷名称emptyDir: {}    # 数据卷类型

# 测试
# kubectl get pods
NAME              READY   STATUS    RESTARTS   AGEpod-volume-test   2/2     Running   0          17m
# 进入rs容器创建文件
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl exec -it pod-volume-test -c bs -- sh
/ # cd /data/;touch 1.txt
# 进入web容器查看
# kubectl exec -it pod-volume-test -c web -- bashroot@pod-volume-test:/# ls /usr/share/nginx/html/1.txt

1.4 Pod 的生命周期

① Pod 创建

• 用户通过 YAML 文件或命令行工具（如 kubectl）创建 Pod。
• Kubernetes 调度器将 Pod 分配到合适的节点上。

② 运行

• 容器启动：节点上的容器运行时（如 Docker）启动 Pod 中的容器。
• 健康检查：Kubernetes 定期检查容器的健康状态，确保它们正常运行。

③ 更新

滚动更新：通过更新 Pod 的定义，Kubernetes 可以滚动更新容器镜像或配置。
示例：kubectl set image pod/multi-container-pod web=nginx:1.19.10

④ Pod 终止：

• 用户可以通过命令行工具删除 Pod，或者 Kubernetes 根据策略自动删除 Pod。
• 删除 Pod 时，Kubernetes 会清理相关的资源，如容器和存储卷

1.5 管理命令

1）创建Pod

• 命令：kubectl run --image=nginx
• 导出YAML：kubectl run --image=nginx --dry-run=clinet -o yaml > xxx.yaml

# kubectl apply -f pod.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: my-pod
spec:containers:- name: container1image: nginx- name: container2image: centos

注意：kubectl create deployment 是通过控制器去创建Pod，受控制器管理，可控制副本数，而kubectl run只能创建一个Pod，不具备控制器有的升级、回滚、扩容、多副本的特性

2）查看Pod

• 命令：kubectl get pods
• 命令：kubectl get pods -o wide
• 命令：kubectl describe pod

3）查看日志

• 命令：kubectl logs [-c CONTAINER]
• 命令：kubectl logs [-c CONTAINER] -f    //-f 实时查看

# kubectl logs pod-volume-test
# kubectl logs pod-volume-test -c web
# kubectl logs pod-volume-test -c web -f

4）进入容器终端

• 命令：kubectl exec -it [-c CONTAINER] -- bash

5）通过expose暴露Pod

• 命令：kubectl expose pod --port=service端口 --target-port=应用服务端口 --type=NodePort

# kubectl expose pod pod-net-test --port=80 --target-port=80 --type=NodePort
# kubectl get svc
NAME            TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)          AGE
kubernetes      ClusterIP   10.96.0.1        <none>        443/TCP          16d
pod-net-test    NodePort    10.108.168.104   <none>        80:31513/TCP     19s

6）删除Pod

• 命令：kubectl delete pod

# kubectl delete pods pod-volume-test
pod "pod-volume-test" deleted

2、应用自修复（重启策略+健康检查）

背景：在kubectl get pods时，提示STATUS是Running状态，只能告知创建者Pod创建成功，但不代表Pod容器服务是正常的，为了进一步解决，提供了重启策略+健康检查

1）重启策略（restartPolicy）：

• Always：当容器终止退出后，总是重启容器，默认策略（场景：常驻进程，即始终保持运行，例如nginx、mysql，服务挂掉即重启容器）
• OnFailure：当容器异常退出（退出状态码非0）时，才重启容器（场景：周期性进程，即隔一段时间运行一次，例如数据库备份）
• Never：当容器终止退出，从不重启容器（场景：临时性进程，即偶尔执行一次，没有规律即不能用定时任务去执行，一般为人为或别的程序驱动，例如数据离线处理，如果再重启一次对上一次任务的数据产生冲突等）

在Pod的YAML文件中可以看到字段：restartPolicy：Always

2）健康检查有以下3种类型（Probe探针）：

1. livenessProbe（存活检查）：如果检查失败，将杀死容器，根据Pod 的restartPolicy来操作。（重建的容器还是原来的容器，非副本集拉起的容器）
2. readinessProbe（就绪检查）：如果检查失败，Kubernetes会把 Pod从service endpoints负载均衡中剔除。（只是从LB剔除不是删除节点）
3. startupProbe（启动检查）：启动检查成功才由存活检查接手，用于保护 慢启动容器，防止启动慢的容器检查没通过不断重启

支持以下三种检查方法：

• ① httpGet：发送HTTP模拟请求，返回200-400范围状态码为成功。（准确度比较高）
• ② exec：执行Shell命令返回状态码是0为成功。
• ③ tcpSocket：发起TCP Socket建立成功。

官网：Configure Liveness, Readiness and Startup Probes | Kubernetes

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示例1：模拟httpGet请求检查方法

# kubectl apply -f probe-demo.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: probe-demo
spec:containers:- name: webimage: nginxlivenessProbe:             # 存活检查，重启容器httpGet:path: /port: 80initialDelaySeconds: 5   # 启动容器后多少秒健康检查periodSeconds: 10        # 以后每间隔多少秒检查一次readinessProbe:            # 就绪检查，从Service中剔除容器httpGet:path: /port: 80initialDelaySeconds: 5   # 启动容器后多少秒健康检查periodSeconds: 10        # 以后每间隔多少秒检查一次

注：livenessProbe与readinessProbe的配置参数一样

# 通过创建Pod方式测试
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl apply -f probe-demo.yaml[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl get pods -o wide
NAME           READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP              NODE             NOMINATED NODE   READINESS GATES
probe-demo     1/1     Running   0          16m     10.244.114.28   k8s-node2-1-73   <none>           <none>[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl expose pods probe-demo --port=80 --target-port=80 --type=NodePort[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl get service
NAME           TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
probe-demo     NodePort    10.99.233.38     <none>        80:30168/TCP   83s# 打开两个终端进行观察，通过删除Pod的默认首页导致服务挂掉，模拟测试 readinessProbe就绪检查
# 终端1：
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl get ep -w      //-w 实时查看service后端关联的Pod IP
# 终端2：
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl exec -it probe-demo -- bash
root@probe-demo:/# rm -rf /usr/share/nginx/html/index.html
root@probe-demo:/# command terminated with exit code 137    //删除后，readiness就绪检查检测到服务异常，讲当前容器自动退出并剔除Service,根据livenessProbe会按照restartPolicy策略重启容器

 # 终端1：可以看到当时probe-demo的Pod，又重新拉起了一个Pod，如图所示：

[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl get pods
NAME           READY   STATUS    RESTARTS      AGEprobe-demo     1/1     Running   1 (33s ago)   22m    //查看Pod信息时，也可以明显发现有一次RESTARTS的重启记录# 查看日志，可发现同一时间会有2条健康检查日志，因为健康检查功能是独立的
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl logs probe-demo
192.168.1.73 - - [04/Mar/2023:23:29:11 +0000] "GET / HTTP/1.1" 200 615 "-" "kube-probe/1.26" "-"
192.168.1.73 - - [04/Mar/2023:23:29:11 +0000] "GET / HTTP/1.1" 200 615 "-" "kube-probe/1.26" "-"
192.168.1.73 - - [04/Mar/2023:23:29:14 +0000] "GET / HTTP/1.1" 200 615 "-" "kube-probe/1.26" "-"
192.168.1.73 - - [04/Mar/2023:23:29:14 +0000] "GET / HTTP/1.1" 200 615 "-" "kube-probe/1.26" "-"
...

示例2：执行Shell命令的检查方法

livenessProbe:exec:command:- cat- /tmp/healthy

示例3：端口探测的检查方法

livenessProbe:tcpSocket:port: 80

3、环境变量

创建 Pod 时，可以为其下的容器设置环境变量。

应用场景：

• 容器内应用程序获取Pod信息（通过环境变量将 Pod 信息呈现给容器）
• 容器内应用程序通过用户定义的变量改变默认行为

变量值几种定义方式：

1. 自定义变量值
2. 变量值从Pod属性获取
3. 变量值从Secret、ConfigMap获取

---

示例：通过YAML文件定义变量，将变量注入到Pod容器当中：自定义变量、POD属性获取

网址参考：通过环境变量将 Pod 信息呈现给容器 | Kubernetes

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: pod-envars
spec:containers:- name: testimage: busyboxcommand: [ "sh", "-c", "sleep 36000"]env:# 变量值从Pod属性获取- name: MY_NODE_NAMEvalueFrom:fieldRef:fieldPath: spec.nodeName- name: MY_POD_NAMEvalueFrom:fieldRef:fieldPath: metadata.name- name: MY_POD_NAMESPACEvalueFrom:fieldRef:fieldPath: metadata.namespace- name: MY_POD_IPvalueFrom:fieldRef:fieldPath: status.podIP- name: ABC        # 自定义变量值value: "123456"

注意：自定义变量时，如果value的值是字符串，需要使用引号

# 测试：进入容器
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl exec -it pod-envars -- sh
/ # env    //查看我当前有的环境变量
/ # env | grep ABC
ABC=123456
/ # echo $MY_NODE_NAME
k8s-node2-1-73
/ # echo $MY_POD_NAME
pod-envars
/ # echo $MY_POD_NAMESPACE
default
/ # echo $MY_POD_IP
10.244.114.30

4、Init container

Init Container：顾名思义，用于初始化工作，执行完就结束，可以理解为一次性任务。

• 支持大部分应用容器配置，但不支持健康检查
• 优先于应用容器执行

应用场景：

• 环境检查：例如确保应用容器依赖的服务启动后再启动应用容器
• 初始化配置：例如给应用容器准备配置文件

---

示例：部署一个web网站，网站程序没有打到镜像中，而是希望从代码 仓库中动态拉取放到应用容器中。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: init-demo
spec:initContainers:       # 初始化容器（将网页进行下载到共享存储中）- name: downloadimage: busyboxcommand:- wget- "-O"- "/opt/index.html"- http://www.aliangedu.cnvolumeMounts:- name: wwwrootmountPath: /optcontainers:           # 主容器- name: nginximage: nginxvolumeMounts:- name: wwwrootmountPath: /usr/share/nginx/htmlvolumes:- name: wwwrootemptyDir: {}

# 测试

[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl get pods
NAME        READY   STATUS    RESTARTS   AGE
init-demo   1/1     Running   0          38s
# 解释：初始化容器完成任务就消失
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl label pods init-demo app=web[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl expose pods init-demo --port=80 --target-port=80 --type=NodePort
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl get svc
NAME         TYPE        CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
init-demo    NodePort    10.98.174.76   <none>        80:31590/TCP   25s[root@k8s-master-1-71 ~]# curl 192.168.1.71:31590<title>阿良教育「官网」-专业DevOps、云计算运维、Kubernetes容器运维、云原生、Golang运维开发培训机构！</title>
...

回顾：目前接触的Pod中会有以下几种类型的容器：

1. Infrastructure Container：基础容器 （维护整个Pod网络空间，共享网络命名空间）
2. InitContainers：初始化容器 （先于业务容器开始执行）
3. Containers：业务容器 （并行启动）

5、静态Pod

背景：Kubeadm搭建集群就是用Pod启动组件，而在不搭建完整的k8s集群之前就可以创建Pod，即静态Pod。

静态Pod特点：

• 静态Pod由特定节点上的kubelet管理维护
• 不能使用控制器
• Pod名称标识当前节点名称（即在哪个节点创建就有当前节点的名称标识）

在kubelet配置文件启用静态Pod的参数：

vi /var/lib/kubelet/config.yaml
...
staticPodPath: /etc/kubernetes/manifests
...

注：将部署的Pod yaml放到/etc/kubernetes/manifests目录会由kubelet自动创建。

测试：

[root@k8s-node1-1-72 ~]# cd /etc/kubernetes/manifests/[root@k8s-node1-1-72 manifests]# kubectl run web-test --image=nginx -o yaml --dry-run=client > web-test.yaml[root@k8s-node1-1-72 manifests]# ls
web-test.yaml
[root@k8s-node1-1-72 manifests]# kubectl get pods
NAME                      READY   STATUS    RESTARTS   AGEweb-test-k8s-node1-1-72   1/1     Running   0          108s# 删除静态Pod
[root@k8s-node1-1-72 manifests]# rm -rf web-test.yaml
[root@k8s-node1-1-72 manifests]# kubectl get pods
NAME        READY   STATUS    RESTARTS   AGE
init-demo   1/1     Running   0          24m

---

课后作业

1、创建一个pod，其中运行着nginx、redis、memcached、consul 4个容器

2、在节点上配置kubelet托管启动一个pod

• 节点：k8s-node1
• pod名称：web
• 镜像：nginx

3、检查容器中文件是否创建，如果没有被检测到pod重启

• 文件路径：/tmp/test.sock

小结：

本篇为 【Kubernetes CKA认证 Day4】的学习笔记，希望这篇笔记可以让您初步了解到 Pod是什么、Pod常用管理命令、重启策略及健康检查、创建 Pod 时可以为其下的容器设置环境变量等；课后还有扩展实践，不妨跟着我的笔记步伐亲自实践一下吧！

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Tip：毕竟两个人的智慧大于一个人的智慧，如果你不理解本章节的内容或需要相关笔记、视频，可私信小安，请不要害羞和回避，可以向他人请教，花点时间直到你真正的理解。