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Kubernetes学习笔记(一):Pod详解:Pod配置、Pod生命周期、Pod调度、容器设计模式

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Kubernetes学习笔记(一):Pod详解:Pod配置、Pod生命周期、Pod调度、容器设计模式

1、Pod介绍

Pod是Kubernetes进行管理的最小单元,程序要运行必须部署在容器中,而容器必须存在于Pod中

Pod可以认为是容器的封装,一个Pod中可以存在一个或者多个容器

1)、Pod=进程组

在Kubernetes里面,Pod实际上正是Kubernetes抽象出来的一个可以类比为进程组的概念

由四个进程共同组成的一个应用Helloworld,在Kubernetes里面,实际上会被定义为一个拥有四个容器的Pod

就是说现在有四个职责不同、相互协作的进程,需要放在容器里去运行,在Kubernetes里面并不会把它们放到一个容器里,Kubernetes会把四个独立的进程分别用四个独立的容器启动起来,然后把它们定义在一个Pod里面

所以当Kubernetes把Helloworld给拉起来的时候,实际上会看到四个容器,它们共享了某些资源,这些资源都属于Pod,所以我们说Pod 在Kubernetes里面只有一个逻辑单位,没有一个真实的东西对应说这个就是Pod。真正起来在物理上存在的东西,就是四个容器。这四个容器,或者说是多个容器的组合就叫做Pod

Pod是Kubernetes分配资源的一个单位,因为里面的容器要共享某些资源,所以Pod也是Kubernetes的原子调度单位

2)、为什么Pod必须是原子调度单位?

假如现在有两个容器,它们是紧密协作的,所以它们应该被部署在一个Pod里面。具体来说,第一个容器叫做App,就是业务容器,它会写日志文件;第二个容器叫做LogCollector,它会把刚刚App容器写的日志文件转发到后端的ElasticSearch中

两个容器的资源需求是这样的:App容器需要1G内存,LogCollector需要0.5G内存,而当前集群环境的可用内存是这样一个情况:Node_A:1.25G内存、Node_B:2G内存

假如说现在没有Pod概念,就只有两个容器,这两个容器要紧密协作、运行在一台机器上。可是,如果调度器先把App调度到了Node_A上面,接下来会怎么样呢?这时会发现:LogCollector实际上是没办法调度到Node_A上的,因为资源不够。其实此时整个应用本身就已经出问题了,调度已经失败了,必须去重新调度

在Kubernetes里,就直接通过Pod这样一个概念去解决了。因为在Kubernetes里,这样的一个App容器和LogCollector容器一定是属于一个Pod的,它们在调度时必然是以一个Pod为单位进行调度,所以这个问题是根本不存在的

3)、Pod里面的容器是超亲密关系

Pod里面的容器是超亲密关系,大概分为以下几类:

比如说两个进程之间会发生文件交换,比如一个写日志,一个读日志两个进程之间需要通过localhost或者说是本地的Socket去进行通信,这种本地通信也是超亲密关系这两个容器或者是微服务之间,需要发生非常频繁的RPC调用,出于性能的考虑,也希望它们是超亲密关系两个容器或者是应用,它们需要共享某些Linux Namespace。最简单常见的一个例子,就是我有一个容器需要加入另一个容器的Network Namespace。这样我就能看到另一个容器的网络设备,和它的网络信息 4)、Infra container(也叫Pause容器)

每个Pod中都可以包含一个或者多个容器,这些容器可以分为两类:

业务容器(用户程序所在的容器):数量可多可少

Infra container:每个Pod都会有的一个根容器

1)共享网络

如上图所示,这个Pod里有两个用户容器A和B,还有一个Infra container。Infra container是一个非常小的镜像,大概100~200KB左右,是一个汇编语言写的、永远处于暂停状态的容器

整个Pod里Infra container第一个启动,在Infra containerHold住Network Namespace后,用户容器就可以加入到Infra container的Network Namespace当中了

所以说一个Pod里面的所有容器,它们看到的网络视图是完全一样的。即:它们看到的网络设备、IP地址、Mac地址等等,跟网络相关的信息,其实全是一份,这一份都来自于Pod第一次创建的这个Infra container。这就是Pod解决网络共享的一个解法

这也就意味着,对于Pod里的容器A和容器B来说:

它们可以直接使用localhost进行通信它们看到的网络设备跟Infra container看到的完全一样一个Pod只有一个IP地址,也就是这个Pod的Network Namespace对应的IP地址其他的所有网络资源,都是一个Pod一份,并且被该Pod中的所有容器共享Pod的生命周期只跟Infra container一致,而与容器A和B无关

而对于同一个Pod里面的所有用户容器来说,它们的进出流量,也可以认为都是通过Infra container完成的

2)共享存储

有了Infra container这个设计之后,共享Volume就简单多了:Kubernetes只要把所有Volume的定义都设计在Pod层级即可

这样,一个Volume对应的宿主机目录对于Pod来说就只有一个,Pod里的容器只要声明挂载这个Volume,就一定可以共享这个Volume对应的宿主机目录。比如下面这个例子:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: two-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 from the debian container > /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

这就是nginx-container可以从它的/usr/share/nginx/html目录中,读取到debian-container生成的index.html文件的原因

3)Infra container的作用

    整个Pod的生命周期就等同于Infra container的生命周期,可以以它为依据,评估整个Pod的健康状态Pod里的多个业务容器共享Infra container的IP,共享Infra container挂载的Volume,既简化了密切关联的业务容器之间的通讯问题,也很好地解决了它们之间的文件共享问题
5)、Pod定义

下面是Pod的资源清单:

apiVersion: v1 # 必选,版本号,例如v1
kind: Pod # 必选,资源类型,例如Pod
metadata: # 必选,元数据
  name: string # 必选,Pod名称
  namespace: string # Pod所属的命名空间,默认为"default"
  labels: # 自定义标签列表
    - name: string                 
spec: # 必选,Pod中容器的详细定义
  containers: # 必选,Pod中容器列表
  - name: string # 必选,容器名称
    image: string # 必选,容器的镜像名称
    imagePullPolicy: [ Always|Never|IfNotPresent ] # 镜像拉取策略
    command: [string] # 容器的启动命令列表,如不指定,使用打包时使用的启动命令
    args: [string] # 容器的启动命令参数列表
    workingDir: string # 容器的工作目录
    volumeMounts: # 挂载到容器内部的存储卷配置
    - name: string # 引用pod定义的共享存储卷的名称,需用volumes[]部分定义的的卷名
      mountPath: string # 存储卷在容器内mount的绝对路径,应少于512字符
      readOnly: boolean # 是否为只读模式
    ports: # 需要暴露的端口库号列表
    - name: string # 端口的名称
      containerPort: int # 容器需要监听的端口号
      hostPort: int # 容器所在主机需要监听的端口号,默认与Container相同
      protocol: string # 端口协议,支持TCP和UDP,默认TCP
    env: # 容器运行前需设置的环境变量列表
    - name: string # 环境变量名称
      value: string # 环境变量的值
    resources: # 资源限制和请求的设置
      limits: # 资源限制的设置
        cpu: string # Cpu的限制,单位为core数,将用于docker run --cpu-shares参数
        memory: string # 内存限制,单位可以为Mib/Gib,将用于docker run --memory参数
      requests: # 资源请求的设置
        cpu: string # Cpu请求,容器启动的初始可用数量
        memory: string # 内存请求,容器启动的初始可用数量
    lifecycle: # 生命周期钩子
        postStart: # 容器启动后立即执行此钩子,如果执行失败,会根据重启策略进行重启
        preStop: # 容器终止前执行此钩子,无论结果如何,容器都会终止
    livenessProbe: # 对Pod内各容器健康检查的设置,当探测无响应几次后将自动重启该容器
      exec: # 对Pod容器内检查方式设置为exec方式
        command: [string] # exec方式需要制定的命令或脚本
      httpGet: # 对Pod内个容器健康检查方法设置为HttpGet,需要制定Path、port
        path: string
        port: number
        host: string
        scheme: string
        HttpHeaders:
        - name: string
          value: string
      tcpSocket: # 对Pod内个容器健康检查方式设置为tcpSocket方式
         port: number
       initialDelaySeconds: 0 # 容器启动完成后首次探测的时间,单位为秒
       timeoutSeconds: 0 # 对容器健康检查探测等待响应的超时时间,单位秒,默认1秒
       periodSeconds: 0 # 对容器监控检查的定期探测时间设置,单位秒,默认10秒一次
       successThreshold: 0
       failureThreshold: 0
       securityContext:
         privileged: false
  restartPolicy: [Always | Never | OnFailure] # Pod的重启策略
  nodeName:  # 设置NodeName表示将该Pod调度到指定到名称的node节点上
  nodeSelector: obeject # 设置NodeSelector表示将该Pod调度到包含这个label的node上
  imagePullSecrets: # Pull镜像时使用的secret名称,以key:secretkey格式指定
  - name: string
  hostNetwork: false # 是否使用主机网络模式,默认为false,如果设置为true,表示使用宿主机网络
  volumes: # 在该pod上定义共享存储卷列表
  - name: string # 共享存储卷名称 (volumes类型有很多种)
    emptyDir: {} # 类型为emtyDir的存储卷,与Pod同生命周期的一个临时目录。为空值
    hostPath: string # 类型为hostPath的存储卷,表示挂载Pod所在宿主机的目录
      path: string # Pod所在宿主机的目录,将被用于同期中mount的目录
    secret: # 类型为secret的存储卷,挂载集群与定义的secret对象到容器内部
      scretname: string  
      items:     
      - key: string
        path: string
    configMap: # 类型为configMap的存储卷,挂载预定义的configMap对象到容器内部
      name: string
      items:
      - key: string
        path: string

可通过一个命令来查看每种资源的可配置项

kubectl explain 资源类型:查看某种资源可以配置的一级属性kubectl explain 资源类型.属性:查看属性的子属性

[root@k8s-master ~]# kubectl explain pod
KIND:     Pod
VERSION:  v1
FIELDS:
   apiVersion   
   kind 
   metadata     
   spec 
   status       
[root@k8s-master ~]# kubectl explain pod.metadata
KIND:     Pod
VERSION:  v1
RESOURCE: metadata 
FIELDS:
   annotations  
   clusterName  
   creationTimestamp    
   deletionGracePeriodSeconds   
   deletionTimestamp    
   finalizers   <[]string>
   generateName 
   generation   
   labels       
   managedFields        <[]Object>
   name 
   namespace    
   ownerReferences      <[]Object>
   resourceVersion      
   selflink     
   uid  
 

在Kubernetes中基本所有资源的一级属性都是一样的,主要包含5部分:

apiVersion :版本,由Kubernetes内部定义,版本号必须可以用kubectl api-versions查询到kind :类型,由Kubernetes内部定义,版本号必须可以用kubectl api-resources查询到metadata :元数据,主要是资源标识和说明,常用的有name、namespace、labels等spec :描述,这是配置中最重要的一部分,里面是对各种资源配置的详细描述status :状态信息,里面的内容不需要定义,由Kubernetes自动生成

在上面的属性中,spec是接下来研究的重点,继续看下它的常见子属性:

containers <[]Object>:容器列表,用于定义容器的详细信息nodeName :根据nodeName的值将Pod调度到指定的Node节点上nodeSelector :根据NodeSelector中定义的信息选择将该Pod调度到包含这些label的Node 上hostNetwork :是否使用主机网络模式,默认为false,如果设置为true,表示使用宿主机网络volumes <[]Object>:存储卷,用于定义Pod上面挂在的存储信息restartPolicy :重启策略,表示Pod在遇到故障的时候的处理策略 2、Pod配置

本小节主要来研究pod.spec.containers属性,这也是Pod配置中最为关键的一项配置

[root@k8s-master ~]# kubectl explain pod.spec.containers
KIND:     Pod
VERSION:  v1
RESOURCE: containers <[]Object> # 数组,代表可以有多个容器
FIELDS:
   args <[]string> # 容器的启动命令需要的参数列表
   command      <[]string> # 容器的启动命令列表,如不指定,使用打包时使用的启动命令
   env  <[]Object> # 容器环境变量的配置
   envFrom      <[]Object>
   image         # 容器需要的镜像地址
   imagePullPolicy       # 镜像拉取策略
   lifecycle    
   livenessProbe        
   name  -required- # 容器名称
   ports        <[]Object> # 容器需要暴露的端口号列表
   readinessProbe       
   resources     # 资源限制和资源请求的设置
   securityContext      
   startupProbe 
   stdin        
   stdinonce    
   terminationMessagePath       
   terminationMessagePolicy     
   tty  
   volumeDevices        <[]Object>
   volumeMounts <[]Object>
   workingDir   
 
1)、基本配置 

创建dev namespace,后续操作都在该namespace上进行

# 创建namespace
[root@k8s-master ~]# kubectl create ns dev
namespace/dev created

# 查看所有的namespace
[root@k8s-master ~]# kubectl get ns
NAME                   STATUS   AGE
default                Active   11h
dev                    Active   12s
kube-node-lease        Active   11h
kube-public            Active   11h
kube-system            Active   11h
kubernetes-dashboard   Active   11h

创建pod-base.yaml文件,内容如下:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-base
  namespace: dev
  labels:
    user: admin
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
  - name: busybox
    image: busybox:1.30

上面定义了一个比较简单Pod的配置,里面有两个容器:

nginx:用1.17.1版本的nginx镜像创建(nginx是一个轻量级web容器)busybox:用1.30版本的busybox镜像创建(busybox是一个小巧的linux命令集合)

# 创建Pod
[root@k8s-master ~]# kubectl create -f pod-base.yaml
pod/pod-base created

# 查看Pod状况
# READY 1/2:表示当前Pod中有2个容器,其中1个准备就绪,1个未就绪
# RESTARTS :重启次数,因为有1个容器故障了,Pod一直在重启试图恢复它
[root@k8s-master ~]# kubectl get pod -n dev
NAME       READY   STATUS     RESTARTS   AGE
pod-base   1/2     NotReady   2          53s

# 可以通过describe查看内部的详情
# 此时已经运行起来了一个基本的Pod,虽然它暂时有问题
[root@k8s-master ~]# kubectl describe pod pod-base -n dev

Events:
  Type     Reason     Age                     From                Message
  ----     ------     ----                    ----                -------
  Normal   Pulling    9m5s                    kubelet, k8s-node2  Pulling image "nginx:1.17.1"
  Normal   Scheduled  8m45s                   default-scheduler   Successfully assigned dev/pod-base to k8s-node2 # pod被调度到k8s-node2节点
  Normal   Pulled     8m42s                   kubelet, k8s-node2  Successfully pulled image "nginx:1.17.1"
  Normal   Created    8m41s                   kubelet, k8s-node2  Created container nginx
  Normal   Started    8m41s                   kubelet, k8s-node2  Started container nginx # 启动nginx容器
  Normal   Pulling    8m41s                   kubelet, k8s-node2  Pulling image "busybox:1.30"
  Normal   Pulled     8m38s                   kubelet, k8s-node2  Successfully pulled image "busybox:1.30"
  Normal   Created    7m58s (x4 over 8m38s)   kubelet, k8s-node2  Created container busybox
  Normal   Started    7m58s (x4 over 8m38s)   kubelet, k8s-node2  Started container busybox # 启动busybox容器
  Normal   Pulled     7m16s (x4 over 8m37s)   kubelet, k8s-node2  Container image "busybox:1.30" already present on machine
  Warning  BackOff    3m56s (x24 over 8m36s)  kubelet, k8s-node2  Back-off restarting failed container # 重启失败的容器
2)、镜像拉取

创建pod-imagepullpolicy.yaml文件,内容如下:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-imagepullpolicy
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
    imagePullPolicy: Never # 用于设置镜像拉取策略
  - name: busybox
    image: busybox:1.30

imagePullPolicy:用于设置镜像拉取策略,Kubernetes支持配置三种拉取策略:

Always:总是从远程仓库拉取镜像(一直远程下载)IfNotPresent:本地有则使用本地镜像,本地没有则从远程仓库拉取镜像(本地有就本地 本地没远程下载)Never:只使用本地镜像,从不去远程仓库拉取,本地没有就报错 (一直使用本地)

默认值说明:

如果镜像tag为具体版本号,默认策略是IfNotPresent

如果镜像tag为latest(最终版本),默认策略是Always

# 创建Pod
[root@k8s-master ~]# kubectl create -f pod-imagepullpolicy.yaml
pod/pod-imagepullpolicy created

# 查看Pod详情
# 此时明显可以看到nginx镜像有一步Pulling image "nginx:1.17.1"的过程
[root@k8s-master ~]# kubectl describe pod pod-imagepullpolicy -n dev
......
Events:
  Type     Reason             Age                From                Message
  ----     ------             ----               ----                -------
  Normal   Pulling            50s                kubelet, k8s-node1  Pulling image "busybox:1.30"
  Normal   Scheduled          50s                default-scheduler   Successfully assigned dev/pod-imagepullpolicy to k8s-node1 # pod被调度到k8s-node1节点
  Normal   Pulled             44s                kubelet, k8s-node1  Successfully pulled image "busybox:1.30"
  Normal   Pulled             28s (x2 over 43s)  kubelet, k8s-node1  Container image "busybox:1.30" already present on machine # k8s-node1节点上已经有了busybox:1.30镜像
  Normal   Created            28s (x3 over 44s)  kubelet, k8s-node1  Created container busybox
  Warning  ErrImageNeverPull  27s (x6 over 50s)  kubelet, k8s-node1  Container image "nginx:1.17.1" is not present with pull policy of Never # k8s-node1节点上没有nginx:1.17.1镜像,拉取策略又是Never
  Normal   Started            27s (x3 over 43s)  kubelet, k8s-node1  Started container busybox
  Warning  Failed             27s (x6 over 50s)  kubelet, k8s-node1  Error: ErrImageNeverPull
  Warning  BackOff            27s (x3 over 42s)  kubelet, k8s-node1  Back-off restarting failed container

修改镜像拉取策略为IfNotPresent

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-imagepullpolicy
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
    imagePullPolicy: IfNotPresent # 用于设置镜像拉取策略
  - name: busybox
    image: busybox:1.30
# 删除之前创建的Pod
[root@k8s-master ~]# kubectl delete pod pod-imagepullpolicy -n dev
pod "pod-imagepullpolicy" deleted

# 创建Pod
[root@k8s-master ~]# kubectl create -f pod-imagepullpolicy.yaml
pod/pod-imagepullpolicy created

# 查看Pod详情
[root@k8s-master ~]# kubectl describe pod pod-imagepullpolicy -n dev
......
Events:
  Type     Reason     Age               From                Message
  ----     ------     ----              ----                -------
  Normal   Scheduled  86s               default-scheduler   Successfully assigned dev/pod-imagepullpolicy to k8s-node1
  Normal   Pulling    86s               kubelet, k8s-node1  Pulling image "nginx:1.17.1"
  Normal   Pulled     52s               kubelet, k8s-node1  Successfully pulled image "nginx:1.17.1" # 成功拉取nginx:1.17.1镜像
  Normal   Created    52s               kubelet, k8s-node1  Created container nginx
  Normal   Started    51s               kubelet, k8s-node1  Started container nginx
  Normal   Pulled     9s (x4 over 51s)  kubelet, k8s-node1  Container image "busybox:1.30" already present on machine
  Normal   Created    9s (x4 over 51s)  kubelet, k8s-node1  Created container busybox
  Normal   Started    8s (x4 over 51s)  kubelet, k8s-node1  Started container busybox
  Warning  BackOff    8s (x5 over 50s)  kubelet, k8s-node1  Back-off restarting failed container
3)、启动命令

在前面的案例中,一直有一个问题没有解决,就是的busybox容器一直没有成功运行,那么到底是什么原因导致这个容器的故障呢?

原来busybox并不是一个程序,而是类似于一个工具类的集合,Kubernetes集群启动管理后,它会自动关闭。解决方法就是让其一直在运行,这就用到了command配置

创建pod-command.yaml文件,内容如下:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-command
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
  - name: busybox
    image: busybox:1.30
    command: ["/bin/sh","-c","touch /tmp/hello.txt;while true;do /bin/echo $(date +%T) >> /tmp/hello.txt; sleep 3; done;"]

command:用于在Pod中的容器初始化完毕之后运行一个命令

稍微解释下上面命令的意思:

"/bin/sh","-c":使用sh执行命令

touch /tmp/hello.txt;:创建一个/tmp/hello.txt文件

while true;do /bin/echo $(date +%T) >> /tmp/hello.txt; sleep 3; done;:每隔3秒向文件中写入当前时间

# 创建Pod
[root@k8s-master ~]# kubectl create -f pod-command.yaml 
pod/pod-command created

# 查看Pod状态,此时发现两个Pod都正常运行了
[root@k8s-master ~]# kubectl get pod pod-command -n dev
NAME          READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod-command   2/2     Running   0          6s

# 进入Pod中的busybox容器,查看文件内容
# 补充一个命令:kubectl exec pod名称 -n 命名空间 -it -c 容器名称 /bin/sh 在容器内部执行命令
# 使用这个命令就可以进入某个容器的内部,然后进行相关操作了
[root@k8s-master ~]# kubectl exec pod-command -n dev -it -c busybox /bin/sh
/ # tail -f /tmp/hello.txt
15:03:45
15:03:48
15:03:51

特别说明:

通过上面发现command已经可以完成启动命令和传递参数的功能,为什么这里还要提供一个args选项,用于传递参数呢?这其实跟docker有点关系,Kubernetes中的command、args两项其实是实现覆盖Dockerfile中ENTRYPOINT的功能

    如果command和args均没有写,那么用Dockerfile的配置如果command写了,但args没有写,那么Dockerfile默认的配置会被忽略,执行输入的command如果command没写,但args写了,那么Dockerfile中配置的ENTRYPOINT的命令会被执行,使用当前args的参数如果command和args都写了,那么Dockerfile的配置被忽略,执行command并追加上args参数
4)、环境变量

创建pod-env.yaml文件,内容如下:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-env
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: busybox
    image: busybox:1.30
    command: ["/bin/sh","-c","while true;do /bin/echo $(date +%T);sleep 60; done;"]
    env: # 设置环境变量列表
    - name: "username"
      value: "admin"
    - name: "password"
      value: "123456"

env:环境变量,用于在Pod中的容器设置环境变量

# 创建Pod
[root@k8s-master ~]# kubectl create -f pod-env.yaml 
pod/pod-env created

# 进入容器,输出环境变量
[root@k8s-master ~]# kubectl exec pod-env -n dev -c busybox -it /bin/sh
/ # echo $username
admin
/ # echo $password
123456
5)、端口设置

首先看下ports支持的子选项:

[root@k8s-master ~]# kubectl explain pod.spec.containers.ports
KIND:     Pod
VERSION:  v1
RESOURCE: ports <[]Object>
FIELDS:
   containerPort         -required- # 容器要监听的端口(0 # 要将外部端口绑定到的主机IP(一般省略)
   hostPort      # 容器要在主机上公开的端口,如果设置,主机上只能运行容器的一个副本(一般省略) 
   name  # 端口名称,如果指定,必须保证name在pod中是唯一的
   protocol      # 端口协议,必须是UDP、TCP或SCTP,默认为TCP

创建pod-ports.yaml文件,内容如下:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-ports
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
    ports: # 设置容器暴露的端口列表
    - name: nginx-port
      containerPort: 80
      protocol: TCP
# 创建Pod
[root@k8s-master ~]# kubectl create -f pod-ports.yaml 
pod/pod-ports created

[root@k8s-master ~]# kubectl get pod pod-ports -n dev -o wide
NAME        READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP           NODE        NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-ports   1/1     Running   0          28s   10.244.2.8   k8s-node1              

访问容器中的程序需要使用的是podIp:containerPort,可以看到该Pod被调度到了k8s-node1节点上

# 在k8s-node1节点上访问podIp:containerPort
[root@k8s-node1 ~]# curl 10.244.2.8:80



Welcome to nginx!



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For online documentation and support please refer to nginx.org.
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6)、资源配额

容器中的程序要运行,肯定是要占用一定资源的,比如cpu和内存等,如果不对某个容器的资源做限制,那么它就可能吃掉大量资源,导致其它容器无法运行。针对这种情况,Kubernetes提供了对内存和cpu的资源进行配额的机制,这种机制主要通过resources选项实现,有两个子选项:

limits:用于限制运行时容器的最大占用资源,当容器占用资源超过limits时会被终止,并进行重启requests:用于设置容器需要的最小资源,如果环境资源不够,容器将无法启动

可以通过上面两个选项设置资源的上下限

创建pod-resources.yaml文件,内容如下:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-resources
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
    resources: # 资源配额
      limits: # 限制资源(上限)
        cpu: "2" # CPU限制,单位是core数
        memory: "10Gi" # 内存限制
      requests: # 请求资源(下限)
        cpu: "1" # CPU限制,单位是core数
        memory: "10Mi" # 内存限制

在这对cpu和memory的单位做一个说明:

cpu:core数,可以为整数或小数memory:内存大小,可以使用Gi、Mi、G、M等形式

# 创建Pod
[root@k8s-master ~]# kubectl create -f pod-resources.yaml 
pod/pod-resources created

# 查看发现Pod运行正常
[root@k8s-master ~]# kubectl get pod pod-resources -n dev
NAME            READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod-resources   1/1     Running   0          19s

修改resources.requests.memory的值为10Gi

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-resources
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
    resources: # 资源配额
      limits: # 限制资源(上限)
        cpu: "2" # CPU限制,单位是core数
        memory: "10Gi" # 内存限制
      requests: # 请求资源(下限)
        cpu: "1" # CPU限制,单位是core数
        memory: "10Gi" # 内存限制
# 删除之前创建的Pod
[root@k8s-master ~]# kubectl delete pod pod-resources -n dev
pod "pod-resources" deleted

# 再次创建Pod
[root@k8s-master ~]# kubectl create -f pod-resources.yaml 
pod/pod-resources created

# 查看Pod状态,发现Pod启动失败
[root@k8s-master ~]# kubectl get pod pod-resources -n dev
NAME            READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod-resources   0/1     Pending   0          14s

# 查看pod详情会发现,如下提示
[root@k8s-master ~]# kubectl describe pod pod-resources -n dev
......
Events:
  Type     Reason            Age                From               Message
  ----     ------            ----               ----               -------
  Warning  FailedScheduling  49s (x2 over 49s)  default-scheduler  0/3 nodes are available: 3 Insufficient memory. # 内存不足
3、Pod生命周期

我们一般将Pod对象从创建至终的这段时间范围称为Pod的生命周期,它主要包含下面的过程:

pod创建过程运行初始化容器(init container)过程运行主容器(main container)

容器启动后钩子(post start)、容器终止前钩子(pre stop)容器的存活性探测(liveness probe)、就绪性探测(readiness probe) pod终止过程

在整个生命周期中,Pod会出现5种状态,分别如下:

挂起(Pending):apiserver已经创建了pod资源对象,但它尚未被调度完成或者仍处于下载镜像的过程中运行中(Running):pod已经被调度至某节点,并且所有容器都已经被kubelet创建完成成功(Succeeded):pod中的所有容器都已经成功终止并且不会被重启失败(Failed):所有容器都已经终止,但至少有一个容器终止失败,即容器返回了非0值的退出状态未知(Unknown):apiserver无法正常获取到pod对象的状态信息,通常由网络通信失败所导致 1)、创建和终止

Pod的创建过程

    用户通过kubectl或其他api客户端提交需要创建的pod信息给apiServer

    apiServer开始生成pod对象的信息,并将信息存入etcd,然后返回确认信息至客户端

    apiServer开始反映etcd中的pod对象的变化,其它组件使用watch机制来跟踪检查apiServer上的变动

    scheduler发现有新的pod对象要创建,开始为Pod分配主机并将结果信息更新至apiServer

    node节点上的kubelet发现有pod调度过来,尝试调用docker启动容器,并将结果回送至apiServer

    apiServer将接收到的pod状态信息存入etcd中

Pod的终止过程

    用户向apiServer发送删除pod对象的命令apiServcer中的pod对象信息会随着时间的推移而更新,在宽限期内(默认30s),pod被视为dead将pod标记为terminating状态kubelet在监控到pod对象转为terminating状态的同时启动pod关闭过程端点控制器监控到pod对象的关闭行为时将其从所有匹配到此端点的service资源的端点列表中移除如果当前pod对象定义了preStop钩子处理器,则在其标记为terminating后即会以同步的方式启动执行pod对象中的容器进程收到停止信号宽限期结束后,若pod中还存在仍在运行的进程,那么pod对象会收到立即终止的信号kubelet请求apiServer将此pod资源的宽限期设置为0从而完成删除操作,此时pod对于用户已不可见
2)、初始化容器

初始化容器是在Pod的主容器启动之前要运行的容器,主要是做一些主容器的前置工作,它具有两大特征:

    初始化容器必须运行完成直至结束,若某初始化容器运行失败,那么Kubernetes需要重启它直到成功完成初始化容器必须按照定义的顺序执行,当且仅当前一个成功之后,后面的一个才能运行

初始化容器有很多的应用场景,下面列出的是最常见的几个:

提供主容器镜像中不具备的工具程序或自定义代码初始化容器要先于应用容器串行启动并运行完成,因此可用于延后应用容器的启动直至其依赖的条件得到满足

接下来做一个案例,模拟下面这个需求:

假设要以主容器来运行nginx,但是要求在运行nginx之前先要能够连接上mysql和redis所在服务器

为了简化测试,事先规定好mysql(192.168.5.14)和redis(192.168.5.15)服务器的地址

创建pod-initcontainer.yaml文件,内容如下:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-initcontainer
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: main-container
    image: nginx:1.17.1
    ports: 
    - name: nginx-port
      containerPort: 80
  initContainers:
  - name: test-mysql
    image: busybox:1.30
    command: ['sh', '-c', 'until ping 192.168.5.14 -c 1 ; do echo waiting for mysql...; sleep 2; done;']
  - name: test-redis
    image: busybox:1.30
    command: ['sh', '-c', 'until ping 192.168.5.15 -c 1 ; do echo waiting for reids...; sleep 2; done;']

两个initContainer如果ping不通对应IP就会一直sleep下去,不会退出

# 创建Pod
[root@k8s-master ~]# kubectl create -f pod-initcontainer.yaml 
pod/pod-initcontainer created

# 查看pod状态
# 发现pod卡在启动第一个初始化容器过程中,后面的容器不会运行
[root@k8s-master ~]# kubectl describe pod pod-initcontainer -n dev
......
Events:
  Type    Reason     Age   From                Message
  ----    ------     ----  ----                -------
  Normal  Pulled     74s   kubelet, k8s-node2  Container image "busybox:1.30" already present on machine
  Normal  Created    74s   kubelet, k8s-node2  Created container test-mysql
  Normal  Started    74s   kubelet, k8s-node2  Started container test-mysql
  Normal  Scheduled  54s   default-scheduler   Successfully assigned dev/pod-initcontainer to k8s-node2
  
# 动态查看pod
[root@k8s-master ~]# kubectl get pod pod-initcontainer -n dev -w
NAME                READY   STATUS     RESTARTS   AGE
pod-initcontainer   0/1     Init:0/2   0          2m38s

为Pod所在节点新增两个IP,观察Pod的状态变化

# 安装ifconfig
[root@k8s-node2 ~]# yum install net-tools -y

[root@k8s-node2 ~]# ifconfig enp0s3:1 192.168.5.14 netmask 255.255.255.0 up
[root@k8s-node2 ~]# ifconfig enp0s3:1 192.168.5.15 netmask 255.255.255.0 up

Pod状态变化如下:

[root@k8s-master ~]# kubectl get pod pod-initcontainer -n dev -w
NAME                READY   STATUS     RESTARTS   AGE
pod-initcontainer   0/1     Init:0/2   0          2m38s
pod-initcontainer   0/1     Init:1/2   0          8m26s
pod-initcontainer   0/1     Init:1/2   0          8m27s
pod-initcontainer   0/1     PodInitializing   0          9m4s
pod-initcontainer   1/1     Running           0          9m5s

两个initContainer ping通对应IP后,执行完成,Pod最终创建完成

3)、钩子函数

钩子函数能够感知自身生命周期中的事件,并在相应的时刻到来时运行用户指定的程序代码

Kubernetes在主容器的启动之后和停止之前提供了两个钩子函数:

post start:容器创建之后执行,如果失败了会重启容器pre stop :容器终止之前执行,执行完成之后容器将成功终止,在其完成之前会阻塞删除容器的操作

钩子处理器支持使用下面三种方式定义动作:

Exec命令:在容器内执行一次命令

......
  lifecycle:
    postStart: 
      exec:
        command:
        - cat
        - /tmp/healthy
......

TCPSocket:在当前容器尝试访问指定的socket

......
  lifecycle:
    postStart:
      tcpSocket:
        port: 8080
......        

HTTPGet:在当前容器中向某url发起http请求

......
	lifecycle:
    postStart:
      httpGet:
        path: / # URI地址
        port: 80 # 端口号
        host: 127.0.0.1 # 主机地址
        scheme: HTTP # 支持的协议,http或者https
......        

接下来,以exec方式为例,演示下钩子函数的使用,创建pod-hook-exec.yaml文件,内容如下:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-hook-exec
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: main-container
    image: nginx:1.17.1
    ports:
    - name: nginx-port
      containerPort: 80
    lifecycle:
      postStart: 
        exec: # 在容器启动的时候执行一个命令,修改掉nginx的默认首页内容
          command: ["/bin/sh", "-c", "echo postStart... > /usr/share/nginx/html/index.html"]
      preStop:
        exec: # 在容器停止之前停止nginx服务
          command: ["/usr/sbin/nginx","-s","quit"]
# 创建pod
[root@k8s-master ~]# kubectl create -f pod-hook-exec.yaml 
pod/pod-hook-exec created

# 查看pod
[root@k8s-master ~]# kubectl get pods  pod-hook-exec -n dev -o wide
NAME            READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP           NODE        NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-hook-exec   1/1     Running   0          13s   10.244.2.9   k8s-node1              

# 在k8s-node1节点上(Pod所在的节点)访问podIp:containerPort
# nginx的默认首页内容已经改为了postStart...
[root@k8s-node1 ~]# curl 10.244.2.9
postStart...
4)、容器探测

容器探测用于检测容器中的应用实例是否正常工作,是保障业务可用性的一种传统机制。如果经过探测,实例的状态不符合预期,那么Kubernetes就会把该问题实例摘除,不承担业务流量。Kubernetes提供了两种探针来实现容器探测,分别是:

liveness probes:存活性探针,用于检测应用实例当前是否处于正常运行状态,如果不是,k8s会重启容器readiness probes:就绪性探针,用于检测应用实例当前是否可以接收请求,如果不能,k8s不会转发流量

livenessProbe决定是否重启容器,readinessProbe决定是否将请求转发给容器

上面两种探针目前均支持三种探测方式:

Exec命令:在容器内执行一次命令,如果命令执行的退出码为0,则认为程序正常,否则不正常

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

TCPSocket:将会尝试访问一个用户容器的端口,如果能够建立这条连接,则认为程序正常,否则不正常

......
  livenessProbe:
    tcpSocket:
      port: 8080
......      

HTTPGet:调用容器内web应用的url,如果返回的状态码在200和399之间,则认为程序正常,否则不正常

......
  livenessProbe:
    httpGet:
      path: / # URI地址
      port: 80 # 端口号
      host: 127.0.0.1 # 主机地址
      scheme: HTTP # 支持的协议,http或者https
......      

下面以liveness probes为例,做几个演示:

1)方式一:Exec

创建pod-liveness-exec.yaml文件,内容如下:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-liveness-exec
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
    ports: 
    - name: nginx-port
      containerPort: 80
    livenessProbe:
      exec:
        command: ["/bin/cat","/tmp/hello.txt"] # 执行一个查看文件的命令
# 创建Pod
[root@k8s-master ~]# kubectl create -f pod-liveness-exec.yaml
pod/pod-liveness-exec created

# 查看Pod详情
[root@k8s-master ~]# kubectl describe pod pod-liveness-exec -n dev
......
Events:
  Type     Reason     Age                From                Message
  ----     ------     ----               ----                -------
  Normal   Pulled     41s                kubelet, k8s-node2  Container image "nginx:1.17.1" already present on machine
  Normal   Created    41s                kubelet, k8s-node2  Created container nginx
  Normal   Started    41s                kubelet, k8s-node2  Started container nginx
  Warning  Unhealthy  22s (x2 over 32s)  kubelet, k8s-node2  Liveness probe failed: /bin/cat: /tmp/hello.txt: No such file or directory
  Normal   Scheduled  21s                default-scheduler   Successfully assigned dev/pod-liveness-exec to k8s-node2

# 观察上面的信息就会发现nginx容器启动之后就进行了健康检查
# 检查失败之后,容器被kill掉,然后尝试进行重启
# 稍等一会之后,再观察pod信息,就可以看到RESTARTS不再是0,而是一直增长
[root@k8s-master ~]# kubectl get pods pod-liveness-exec -n dev
NAME                READY   STATUS             RESTARTS   AGE
pod-liveness-exec   0/1     CrashLoopBackOff   4          2m52s

2)方式二:TCPSocket

创建pod-liveness-tcpsocket.yaml文件,内容如下:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-liveness-tcpsocket
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
    ports: 
    - name: nginx-port
      containerPort: 80
    livenessProbe:
      tcpSocket:
        port: 8080 # 尝试访问8080端口
# 创建Pod
[root@k8s-master ~]# kubectl create -f pod-liveness-tcpsocket.yaml
pod/pod-liveness-tcpsocket created

# 查看Pod详情
[root@k8s-master ~]# kubectl describe pod pod-liveness-tcpsocket -n dev
......
Events:
  Type     Reason     Age               From                Message
  ----     ------     ----              ----                -------
  Normal   Scheduled  63s               default-scheduler   Successfully assigned dev/pod-liveness-tcpsocket to k8s-node1
  Normal   Pulled     4s (x3 over 63s)  kubelet, k8s-node1  Container image "nginx:1.17.1" already present on machine
  Normal   Created    4s (x3 over 63s)  kubelet, k8s-node1  Created container nginx
  Normal   Started    4s (x3 over 62s)  kubelet, k8s-node1  Started container nginx
  Warning  Unhealthy  4s (x6 over 54s)  kubelet, k8s-node1  Liveness probe failed: dial tcp 10.244.2.10:8080: connect: connection refused
  Normal   Killing    4s (x2 over 34s)  kubelet, k8s-node1  Container nginx failed liveness probe, will be restarted

# 观察上面的信息,发现尝试访问8080端口,但是失败了
# 稍等一会之后,再观察pod信息,就可以看到RESTARTS不再是0,而是一直增长
[root@k8s-master ~]# kubectl get pod pod-liveness-tcpsocket -n dev
NAME                     READY   STATUS             RESTARTS   AGE
pod-liveness-tcpsocket   0/1     CrashLoopBackOff   4          2m30s

3)方式三:HTTPGet

创建pod-liveness-httpget.yaml文件,内容如下:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-liveness-httpget
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
    ports:
    - name: nginx-port
      containerPort: 80
    livenessProbe:
      httpGet: # 其实就是访问http://127.0.0.1:80/hello  
        scheme: HTTP # 支持的协议,http或者https
        port: 80 # 端口号
        path: /hello # URI地址
# 创建Pod
[root@k8s-master ~]# kubectl create -f pod-liveness-httpget.yaml
pod/pod-liveness-httpget created

# 查看Pod详情
[root@k8s-master ~]# kubectl describe pod pod-liveness-httpget -n dev
......
Events:
  Type     Reason     Age                From                Message
  ----     ------     ----               ----                -------
  Normal   Scheduled  39s                default-scheduler   Successfully assigned dev/pod-liveness-httpget to k8s-node2
  Normal   Pulled     34s (x2 over 59s)  kubelet, k8s-node2  Container image "nginx:1.17.1" already present on machine
  Normal   Created    34s (x2 over 59s)  kubelet, k8s-node2  Created container nginx
  Normal   Started    34s (x2 over 59s)  kubelet, k8s-node2  Started container nginx
  Normal   Killing    34s                kubelet, k8s-node2  Container nginx failed liveness probe, will be restarted
  Warning  Unhealthy  24s (x4 over 54s)  kubelet, k8s-node2  Liveness probe failed: HTTP probe failed with statuscode: 404
  
# 观察上面信息,尝试访问路径,但是未找到,出现404错误
# 稍等一会之后,再观察pod信息,就可以看到RESTARTS不再是0,而是一直增长  
[root@k8s-master ~]# kubectl get pod pod-liveness-httpget -n dev
NAME                   READY   STATUS    					RESTARTS   AGE
pod-liveness-httpget   0/1     CrashLoopBackOff   4          2m26s

4)liveness其他配置

livenessProbe的子属性除了这三种方式,还有一些其他的配置:

[root@k8s-master01 ~]# kubectl explain pod.spec.containers.livenessProbe
[root@k8s-master ~]# kubectl explain pod.spec.containers.livenessProbe
KIND:     Pod
VERSION:  v1
RESOURCE: livenessProbe 
FIELDS:
   exec 
   failureThreshold      # 连续探测失败多少次才被认定为失败。默认是3,最小值是1
   httpGet      
   initialDelaySeconds   # 容器启动后等待多少秒执行第一次探测
   periodSeconds         # 执行探测的频率。默认是10秒,最小1秒
   successThreshold      # 连续探测成功多少次才被认定为成功。默认是1
   tcpSocket    
   timeoutSeconds        # 探测超时时间。默认1秒,最小1秒
 
5)、重启策略 

在上一节中,一旦容器探测出现了问题,Kubernetes就会对容器所在的Pod进行重启,其实这是由Pod的重启策略决定的,Pod的重启策略有3种,分别如下:

Always:容器失效时,自动重启该容器,这也是默认值OnFailure:容器终止运行且退出码不为0时重启Never:不论状态为何,都不重启该容器

重启策略适用于Pod对象中的所有容器,首次需要重启的容器,将在其需要时立即进行重启,随后再次需要重启的操作将由kubelet延迟一段时间后进行,且反复的重启操作的延迟时长以此为10s、20s、40s、80s、160s和300s,300s是最大延迟时长

创建pod-restartpolicy.yaml文件,内容如下:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-restartpolicy
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
    ports:
    - name: nginx-port
      containerPort: 80
    livenessProbe:
      httpGet:
        scheme: HTTP
        port: 80
        path: /hello
  restartPolicy: Never # 设置重启策略为Never
# 创建Pod
[root@k8s-master ~]# kubectl create -f pod-restartpolicy.yaml
pod/pod-restartpolicy created

# 查看Pod详情,发现nginx容器失败
[root@k8s-master ~]# kubectl describe pod pod-restartpolicy -n dev
......
Events:
  Type     Reason     Age                From                Message
  ----     ------     ----               ----                -------
  Normal   Pulled     48s                kubelet, k8s-node2  Container image "nginx:1.17.1" already present on machine
  Normal   Created    48s                kubelet, k8s-node2  Created container nginx
  Normal   Started    48s                kubelet, k8s-node2  Started container nginx
  Normal   Scheduled  28s                default-scheduler   Successfully assigned dev/pod-restartpolicy to k8s-node2
  Warning  Unhealthy  23s (x3 over 43s)  kubelet, k8s-node2  Liveness probe failed: HTTP probe failed with statuscode: 404
  Normal   Killing    23s                kubelet, k8s-node2  Stopping container nginx
 
# 多等一会,再观察pod的重启次数,发现一直是0,并未重启    
[root@k8s-master ~]# kubectl get pod pod-restartpolicy -n dev
NAME                READY   STATUS      RESTARTS   AGE
pod-restartpolicy   0/1     Completed   0          4m10s
4、Pod调度

在默认情况下,一个Pod在哪个Node节点上运行,是由Scheduler组件采用相应的算法计算出来的,这个过程是不受人工控制的。但是在实际使用中,这并不满足的需求,因为很多情况下,我们想控制某些Pod到达某些节点上,那么应该怎么做呢?这就要求了解Kubernetes对Pod的调度规则,Kubernetes提供了四大类调度方式:

自动调度:运行在哪个节点上完全由Scheduler经过一系列的算法计算得出定向调度:NodeName、NodeSelector亲和性调度:NodeAffinity、PodAffinity、PodAntiAffinity污点(容忍)调度:Taints、Toleration 1)、定向调度

定向调度:指的是利用在Pod上声明nodeName或者nodeSelector,以此将Pod调度到期望的Node节点上。注意,这里的调度是强制的,这就意味着即使要调度的目标Node不存在,也会向上面进行调度,只不过Pod运行失败而已

1)NodeName

创建pod-nodename.yaml文件,内容如下:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-nodename
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
  nodeName: k8s-node1 # 指定调度到k8s-node1节点上
# 创建Pod
[root@k8s-master ~]# kubectl create -f pod-nodename.yaml 
pod/pod-nodename created

# 查看Pod调度到NODE属性,确实是调度到了k8s-node1节点上
[root@k8s-master ~]# kubectl get pod pod-nodename -n dev -o wide
NAME           READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE        NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-nodename   1/1     Running   0          28s   10.244.2.11   k8s-node1              

修改nodeName的值为k8s-node3(并没有k8s-node3节点)

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-nodename
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
  nodeName: k8s-node3 # 指定调度到k8s-node3节点上
# 删除之前创建的Pod,重新创建Pod
[root@k8s-master ~]# kubectl delete pod pod-nodename -n dev
pod "pod-nodename" deleted
[root@k8s-master ~]# kubectl create -f pod-nodename.yaml 
pod/pod-nodename created

#再次查看,发现已经向k8s-node3节点调度,但是由于不存在k8s-node3节点,所以Pod无法正常运行
[root@k8s-master ~]# kubectl get pod pod-nodename -n dev -o wide
NAME           READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP       NODE        NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-nodename   0/1     Pending   0          8s       k8s-node3              

2)NodeSelector

NodeSelector用于将Pod调度到添加了指定标签的Node节点上。它是通过Kubernetes的label-selector机制实现的,也就是说,在Pod创建之前,会由Scheduler使用MatchNodeSelector调度策略进行label匹配,找出目标Node,然后将Pod调度到目标节点,该匹配规则是强制约束

# 分别为node节点添加标签
[root@k8s-master ~]# kubectl label node k8s-node1 nodeenv=pro
node/k8s-node1 labeled
[root@k8s-master ~]# kubectl label node k8s-node2 nodeenv=test
node/k8s-node2 labeled

# 查看node节点标签
[root@k8s-master ~]# kubectl get node --show-labels
NAME         STATUS   ROLES    AGE   VERSION   LABELS
k8s-master   Ready    master   19h   v1.18.0   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=k8s-master,kubernetes.io/os=linux,node-role.kubernetes.io/master=
k8s-node1    Ready       19h   v1.18.0   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=k8s-node1,kubernetes.io/os=linux,nodeenv=pro
k8s-node2    Ready       19h   v1.18.0   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=k8s-node2,kubernetes.io/os=linux,nodeenv=test

创建pod-nodeselector.yaml文件,内容如下:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-nodeselector
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
  nodeSelector: 
    nodeenv: pro # 指定调度到具有nodeenv=pro标签的节点上
# 创建Pod
[root@k8s-master ~]# kubectl create -f pod-nodeselector.yaml
pod/pod-nodeselector created

# 查看Pod调度到NODE属性,确实是调度到了k8s-node1节点上
[root@k8s-master ~]# kubectl get pod pod-nodeselector -n dev -o wide
NAME               READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE        NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-nodeselector   1/1     Running   0          29s   10.244.2.12   k8s-node1              

修改nodeSelector的值为nodeenv: xxx(不存在打有此标签的节点)

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-nodeselector
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
  nodeSelector:
    nodeenv: xxx # 指定调度到具有nodeenv=xxx标签的节点上
# 删除之前创建的Pod,重新创建Pod
[root@k8s-master ~]# kubectl delete pod pod-nodeselector -n dev
pod "pod-nodeselector" deleted
[root@k8s-master ~]# kubectl create -f pod-nodeselector.yaml
pod/pod-nodeselector created

# 再次查看,发现Pod无法正常运行,Node的值为none
[root@k8s-master ~]# kubectl get pod pod-nodeselector -n dev -o wide
NAME               READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP       NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-nodeselector   0/1     Pending   0          26s                    

# 查看详情,发现node selector匹配失败的提示
[root@k8s-master ~]# kubectl describe pod pod-nodeselector -n dev
......
Events:
  Type     Reason            Age                From               Message
  ----     ------            ----               ----               -------
  Warning  FailedScheduling  46s (x2 over 47s)  default-scheduler  0/3 nodes are available: 3 node(s) didn't match node selector.
2)、亲和性调度

上一节,介绍了两种定向调度的方式,使用起来非常方便,但是也有一定的问题,那就是如果没有满足条件的Node,那么Pod将不会被运行,即使在集群中还有可用Node列表也不行,这就限制了它的使用场景

基于上面的问题,Kubernetes还提供了一种亲和性调度(Affinity)。它在NodeSelector的基础之上的进行了扩展,可以通过配置的形式,实现优先选择满足条件的Node进行调度,如果没有,也可以调度到不满足条件的节点上,使调度更加灵活

Affinity主要分为三类:

nodeAffinity(node亲和性): 以node为目标,解决pod可以调度到哪些node的问题podAffinity(pod亲和性) : 以pod为目标,解决pod可以和哪些已存在的pod部署在同一个拓扑域中的问题podAntiAffinity(pod反亲和性) : 以pod为目标,解决pod不能和哪些已存在pod部署在同一个拓扑域中的问题

关于亲和性(反亲和性)使用场景的说明:

亲和性:如果两个应用频繁交互,那就有必要利用亲和性让两个应用的尽可能的靠近,这样可以减少因网络通信而带来的性能损耗反亲和性:当应用的采用多副本部署时,有必要采用反亲和性让各个应用实例打散分布在各个node上,这样可以提高服务的高可用性

1)nodeAffinity

首先来看一下nodeAffinity的可配置项:

pod.spec.affinity.nodeAffinity
  requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution  Node节点必须满足指定的所有规则才可以,相当于硬限制
    nodeSelectorTerms  节点选择列表
      matchFields   按节点字段列出的节点选择器要求列表
      matchexpressions   按节点标签列出的节点选择器要求列表(推荐)
        key    键
        values 值
        operator 关系符 支持Exists, DoesNotExist, In, NotIn, Gt, Lt
  preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 优先调度到满足指定的规则的Node,相当于软限制 (倾向)
    preference   一个节点选择器项,与相应的权重相关联
      matchFields   按节点字段列出的节点选择器要求列表
      matchexpressions   按节点标签列出的节点选择器要求列表(推荐)
        key    键
        values 值
        operator 关系符,支持In、NotIn、Exists、DoesNotExist、Gt、Lt
	weight 倾向权重,在范围1-100

关系符的使用说明:

- matchexpressions:
  - key: nodeenv # 匹配存在标签的key为nodeenv的节点
    operator: Exists
  - key: nodeenv # 匹配标签的key为nodeenv,且value是"xxx"或"yyy"的节点
    operator: In
    values: ["xxx","yyy"]
  - key: nodeenv # 匹配标签的key为nodeenv,且value大于"xxx"的节点
    operator: Gt
    values: "xxx"

接下来演示一下requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:

创建pod-nodeaffinity-required.yaml文件,内容如下:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-nodeaffinity-required
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
  affinity: # 亲和性设置
    nodeAffinity: # 设置node亲和性
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: # 硬限制
        nodeSelectorTerms:
        - matchexpressions: # 匹配nodeenv的值在["xxx","yyy"]中的标签
          - key: nodeenv
            operator: In
            values: ["xxx","yyy"]
# 创建Pod
[root@k8s-master ~]# kubectl create -f pod-nodeaffinity-required.yaml
pod/pod-nodeaffinity-required created

# 查看Pod状态(运行失败)
[root@k8s-master ~]# kubectl get pod pod-nodeaffinity-required -n dev -o wide 
NAME                        READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP       NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-nodeaffinity-required   0/1     Pending   0          19s                    

# 查看Pod的详情
# 发现调度失败,提示node选择失败
[root@k8s-master ~]# kubectl describe pod pod-nodeaffinity-required -n dev
......
Events:
  Type     Reason            Age                From               Message
  ----     ------            ----               ----               -------
  Warning  FailedScheduling  66s (x2 over 66s)  default-scheduler  0/3 nodes are available: 3 node(s) didn't match node selector.

修改matchexpressions匹配nodeenv的值在["pro","yyy"]中的标签

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-nodeaffinity-required
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
  affinity: # 亲和性设置
    nodeAffinity: # 设置node亲和性
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: # 硬限制
        nodeSelectorTerms:
        - matchexpressions: # 匹配nodeenv的值在["pro","yyy"]中的标签
          - key: nodeenv
            operator: In
            values: ["pro","yyy"]
# 删除之前创建的Pod,重新创建Pod
[root@k8s-master ~]# kubectl delete pod pod-nodeaffinity-required -n dev
pod "pod-nodeaffinity-required" deleted
[root@k8s-master ~]# kubectl create -f pod-nodeaffinity-required.yaml 
pod/pod-nodeaffinity-required created

# 此时查看,发现调度成功,已经将Pod调度到了k8s-node1上
[root@k8s-master ~]# kubectl get pod pod-nodeaffinity-required -n dev -o wide 
NAME                        READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE        NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-nodeaffinity-required   1/1     Running   0          20s   10.244.2.13   k8s-node1              

再演示一下requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:

创建pod-nodeaffinity-preferred.yaml文件,内容如下:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-nodeaffinity-preferred
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
  affinity: # 亲和性设置
    nodeAffinity: # 设置node亲和性
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: # 软限制
      - weight: 1
        preference:
          matchexpressions: # 匹配nodeenv的值在["xxx","yyy"]中的标签(当前环境没有)
          - key: nodeenv
            operator: In
            values: ["xxx","yyy"]
# 创建Pod
[root@k8s-master ~]# kubectl create -f pod-nodeaffinity-preferred.yaml
pod/pod-nodeaffinity-preferred created

# 查看Pod状态(运行成功)
[root@k8s-master ~]# kubectl get pod pod-nodeaffinity-preferred -n dev
NAME                         READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod-nodeaffinity-preferred   1/1     Running   0          13s

NodeAffinity规则设置的注意事项:

    如果同时定义了nodeSelector和nodeAffinity,那么必须两个条件都得到满足,Pod才能运行在指定的Node上如果nodeAffinity指定了多个nodeSelectorTerms,那么只需要其中一个能够匹配成功即可如果一个nodeSelectorTerms中有多个matchexpressions ,则一个节点必须满足所有的才能匹配成功如果一个Pod所在的Node在Pod运行期间其标签发生了改变,不再符合该Pod的节点亲和性需求,则系统将忽略此变化

2)podAffinity

podAffinity主要实现以运行的Pod为参照,实现让新创建的Pod跟参照Pod在一个区域的功能

首先来看一下podAffinity的可配置项:

pod.spec.affinity.podAffinity
  requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution  硬限制
    namespaces       指定参照pod的namespace
    topologyKey      指定调度作用域
    labelSelector    标签选择器
      matchexpressions  按节点标签列出的节点选择器要求列表(推荐)
        key    键
        values 值
        operator 关系符,支持In、NotIn、Exists、DoesNotExist
      matchLabels    指多个matchexpressions映射的内容
  preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 软限制
    podAffinityTerm  选项
      namespaces      
      topologyKey
      labelSelector
        matchexpressions  
          key    键
          values 值
          operator
        matchLabels 
    weight 倾向权重,在范围1-100

topologyKey用于指定调度时作用域,例如:

如果指定为kubernetes.io/hostname,那就是以Node节点为区分范围如果指定为beta.kubernetes.io/os,则以Node节点的操作系统类型来区分

接下来演示一下requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:

首先创建一个参照Pod,pod-podaffinity-target.yaml:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-podaffinity-target
  namespace: dev
  labels:
    podenv: pro # 设置标签
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
  nodeName: k8s-node1 # 将目标Pod名确指定到k8s-node1上
# 创建参照Pod
[root@k8s-master ~]# kubectl create -f pod-podaffinity-target.yaml
pod/pod-podaffinity-target created

# 查看Pod,已经将Pod调度到了k8s-node1上
[root@k8s-master ~]# kubectl get pod pod-podaffinity-target -n dev -o wide
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE        NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-podaffinity-target   1/1     Running   0          15s   10.244.2.14   k8s-node1              

创建pod-podaffinity-required.yaml文件,内容如下:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-podaffinity-required
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
  affinity: # 亲和性设置
    podAffinity: # 设置pod亲和性
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: # 硬限制
      - labelSelector:
          matchexpressions: # 匹配podenv的值在["xxx","yyy"]中的标签
          - key: podenv
            operator: In
            values: ["xxx","yyy"]
        topologyKey: kubernetes.io/hostname

上面配置表达的意思是:新Pod必须要与拥有标签podenv=xxx或者podenv=yyy的Pod在同一Node上,显然现在没有这样Pod

# 创建Pod
[root@k8s-master ~]# kubectl create -f pod-podaffinity-required.yaml
pod/pod-podaffinity-required created

# 查看pod状态,发现未运行
[root@k8s-master ~]# kubectl get pod pod-podaffinity-required -n dev
NAME                       READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod-podaffinity-required   0/1     Pending   0          21s

# 查看详情
[root@k8s-master ~]# kubectl describe pod pod-podaffinity-required -n dev
......
Events:
  Type     Reason            Age                From               Message
  ----     ------            ----               ----               -------
  Warning  FailedScheduling  56s (x2 over 56s)  default-scheduler  0/3 nodes are available: 1 node(s) had taint {node-role.kubernetes.io/master: }, that the pod didn't tolerate, 2 node(s) didn't match pod affinity rules, 2 node(s) didn't match pod affinity/anti-affinity.

修改matchexpressions匹配podenv的值在["pro","yyy"]中的标签

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-podaffinity-required
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
  affinity: # 亲和性设置
    podAffinity: # 设置pod亲和性
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: # 硬限制
      - labelSelector:
          matchexpressions: # 匹配podenv的值在["pro","yyy"]中的标签
          - key: podenv
            operator: In
            values: ["pro","yyy"]
        topologyKey: kubernetes.io/hostname
# 删除之前创建的Pod,重新创建Pod
[root@k8s-master ~]# kubectl delete pod pod-podaffinity-required -n dev
pod "pod-podaffinity-required" deleted
[root@k8s-master ~]# kubectl create -f pod-podaffinity-required.yaml 
pod/pod-podaffinity-required created

# 查看Pod,已经将Pod调度到了k8s-node1上(和参照Pod在同一节点上)
[root@k8s-master ~]# kubectl get pod pod-podaffinity-required -n dev -o wide
NAME                       READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE        NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-podaffinity-required   1/1     Running   0          31s   10.244.2.15   k8s-node1              

3)podAntiAffinity

podAntiAffinity主要实现以运行的Pod为参照,让新创建的Pod跟参照Pod不在一个区域中的功能

它的配置方式和选项跟podAffinty是一样的,这里不再做详细解释,直接做一个测试案例

继续使用上个案例中目标Pod

[root@k8s-master ~]# kubectl get pod pod-podaffinity-target -n dev -o wide --show-labels
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE        NOMINATED NODE   READINESS GATES   LABELS
pod-podaffinity-target   1/1     Running   0          18m   10.244.2.14   k8s-node1                          podenv=pro

创建pod-podantiaffinity-required.yaml文件,内容如下:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-podantiaffinity-required
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
  affinity: # 亲和性设置
    podAntiAffinity: # 设置pod亲和性
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: # 硬限制
      - labelSelector:
          matchexpressions: # 匹配podenv的值在["pro"]中的标签
          - key: podenv
            operator: In
            values: ["pro"]
        topologyKey: kubernetes.io/hostname

上面配置表达的意思是:新Pod必须要与拥有标签podenv=pro的Pod不在同一Node上

# 创建Pod
[root@k8s-master ~]# kubectl create -f pod-podantiaffinity-required.yaml
pod/pod-podantiaffinity-required created

# 查看Pod,已经将Pod调度到了k8s-node2上(和参照Pod不在同一节点上)
[root@k8s-master ~]# kubectl get pod pod-podantiaffinity-required -n dev -o wide
NAME                           READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE        NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-podantiaffinity-required   1/1     Running   0          11s   10.244.1.13   k8s-node2              
3)、污点和容忍

1)污点(Taints)

前面的调度方式都是站在Pod的角度上,通过在Pod上添加属性,来确定Pod是否要调度到指定的Node上,其实我们也可以站在Node的角度上,通过在Node上添加污点属性,来决定是否允许Pod调度过来

Node被设置上污点之后就和Pod之间存在了一种相斥的关系,进而拒绝Pod调度进来,甚至可以将已经存在的Pod驱逐出去

污点的格式为:key=value:effect, key和value是污点的标签,effect描述污点的作用,支持如下三个选项:

PreferNoSchedule:Kubernetes将尽量避免把Pod调度到具有该污点的Node上,除非没有其他节点可调度NoSchedule:Kubernetes将不会把Pod调度到具有该污点的Node上,但不会影响当前Node上已存在的PodNoExecute:Kubernetes将不会把Pod调度到具有该污点的Node上,同时也会将Node上已存在的Pod驱离

使用kubectl设置和去除污点的命令示例如下:

# 设置污点
kubectl taint node k8s-node1 key=value:effect

# 去除污点
kubectl taint node k8s-node1 key:effect-

# 去除所有污点
kubectl taint node k8s-node1 key-

接下来,演示下污点的效果:

    准备节点k8s-node1(为了演示效果更加明显,暂时停止k8s-node2节点)为k8s-node1节点设置一个污点: tag=test:PreferNoSchedule;然后创建pod1(pod1可以)修改为k8s-node1节点设置一个污点: tag=test:NoSchedule;然后创建pod2(pod1正常,pod2失败)修改为k8s-node1节点设置一个污点: tag=test:NoExecute;然后创建pod3(3个pod都失败)

暂时停止k8s-node2节点,关闭该节点的虚拟机,关闭后k8s-node2状态为NotReady:

[root@k8s-master ~]# kubectl get node
NAME         STATUS     ROLES    AGE   VERSION
k8s-master   Ready      master   21h   v1.18.0
k8s-node1    Ready         21h   v1.18.0
k8s-node2    NotReady      21h   v1.18.0
# 为k8s-node1设置污点(PreferNoSchedule)
[root@k8s-master ~]# kubectl taint node k8s-node1 tag=test:PreferNoSchedule
node/k8s-node1 tainted
[root@k8s-master ~]# kubectl describe node k8s-node1
Name:               k8s-node1
Roles:              
Labels:             beta.kubernetes.io/arch=amd64
                    beta.kubernetes.io/os=linux
                    kubernetes.io/arch=amd64
                    kubernetes.io/hostname=k8s-node1
                    kubernetes.io/os=linux
                    nodeenv=pro
Annotations:        flannel.alpha.coreos.com/backend-data: {"VNI":1,"VtepMAC":"3a:ce:27:0c:c1:6c"}
                    flannel.alpha.coreos.com/backend-type: vxlan
                    flannel.alpha.coreos.com/kube-subnet-manager: true
                    flannel.alpha.coreos.com/public-ip: 10.0.2.15
                    kubeadm.alpha.kubernetes.io/cri-socket: /var/run/dockershim.sock
                    node.alpha.kubernetes.io/ttl: 0
                    volumes.kubernetes.io/controller-managed-attach-detach: true
CreationTimestamp:  Mon, 07 Feb 2022 10:13:56 +0800
Taints:             tag=test:PreferNoSchedule
......

# 创建pod1
[root@k8s-master ~]# kubectl run taint1 --image=nginx:1.17.1 -n dev
pod/taint1 created
[root@k8s-master ~]# kubectl get pod -n dev -o wide
NAME     READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE        NOMINATED NODE   READINESS GATES
taint1   1/1     Running   0          14s   10.244.2.17   k8s-node1              

# 为k8s-node1设置污点(取消PreferNoSchedule,设置NoSchedule)
[root@k8s-master ~]# kubectl taint node k8s-node1 tag:PreferNoSchedule-
node/k8s-node1 untainted
[root@k8s-master ~]# kubectl taint node k8s-node1 tag=test:NoSchedule
node/k8s-node1 tainted
[root@k8s-master ~]# kubectl describe node k8s-node1
Name:               k8s-node1
Roles:              
Labels:             beta.kubernetes.io/arch=amd64
                    beta.kubernetes.io/os=linux
                    kubernetes.io/arch=amd64
                    kubernetes.io/hostname=k8s-node1
                    kubernetes.io/os=linux
                    nodeenv=pro
Annotations:        flannel.alpha.coreos.com/backend-data: {"VNI":1,"VtepMAC":"3a:ce:27:0c:c1:6c"}
                    flannel.alpha.coreos.com/backend-type: vxlan
                    flannel.alpha.coreos.com/kube-subnet-manager: true
                    flannel.alpha.coreos.com/public-ip: 10.0.2.15
                    kubeadm.alpha.kubernetes.io/cri-socket: /var/run/dockershim.sock
                    node.alpha.kubernetes.io/ttl: 0
                    volumes.kubernetes.io/controller-managed-attach-detach: true
CreationTimestamp:  Mon, 07 Feb 2022 10:13:56 +0800
Taints:             tag=test:NoSchedule
......

# 创建pod2
[root@k8s-master ~]# kubectl run taint2 --image=nginx:1.17.1 -n dev
pod/taint2 created
[root@k8s-master ~]# kubectl get pod -n dev -o wide
NAME     READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP            NODE        NOMINATED NODE   READINESS GATES
taint1   1/1     Running   0          3m16s   10.244.2.17   k8s-node1              
taint2   0/1     Pending   0          52s                              

# 为k8s-node1设置污点(取消NoSchedule,设置NoExecute)
[root@k8s-master ~]# kubectl taint node k8s-node1 tag:NoSchedule-
node/k8s-node1 untainted
[root@k8s-master ~]# kubectl taint node k8s-node1 tag=test:NoExecute
node/k8s-node1 tainted
[root@k8s-master ~]# kubectl describe node k8s-node1
Name:               k8s-node1
Roles:              
Labels:             beta.kubernetes.io/arch=amd64
                    beta.kubernetes.io/os=linux
                    kubernetes.io/arch=amd64
                    kubernetes.io/hostname=k8s-node1
                    kubernetes.io/os=linux
                    nodeenv=pro
Annotations:        flannel.alpha.coreos.com/backend-data: {"VNI":1,"VtepMAC":"3a:ce:27:0c:c1:6c"}
                    flannel.alpha.coreos.com/backend-type: vxlan
                    flannel.alpha.coreos.com/kube-subnet-manager: true
                    flannel.alpha.coreos.com/public-ip: 10.0.2.15
                    kubeadm.alpha.kubernetes.io/cri-socket: /var/run/dockershim.sock
                    node.alpha.kubernetes.io/ttl: 0
                    volumes.kubernetes.io/controller-managed-attach-detach: true
CreationTimestamp:  Mon, 07 Feb 2022 10:13:56 +0800
Taints:             tag=test:NoExecute
......

# 创建pod3
[root@k8s-master ~]# kubectl run taint3 --image=nginx:1.17.1 -n dev
pod/taint3 created
# 之前创建的pod1和pod2已被删除,pod3也无法调度
[root@k8s-master ~]# kubectl get pod -n dev
NAME     READY   STATUS    RESTARTS   AGE
taint3   0/1     Pending   0          11s

小提示:

使用kubeadm搭建的集群,默认就会给master节点添加一个污点标记,所以Pod就不会调度到master节点上

2)容忍(Toleration)

上面介绍了污点的作用,我们可以在Node上添加污点用于拒绝Pod调度上来,但是如果就是想将一个Pod调度到一个有污点的Node上去,这时候应该怎么做呢?这就要使用到容忍

污点就是拒绝,容忍就是忽略,Node通过污点拒绝Pod调度上去,Pod通过容忍忽略拒绝

下面先通过一个案例看下效果:

    上一小节,已经在k8s-node1节点上打上了NoExecute的污点,此时Pod是调度不上去的本小节,可以通过给Pod添加容忍,然后将其调度上去

创建pod-toleration.yaml文件,内容如下:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-toleration
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
  tolerations: # 添加容忍
  - key: "tag" # 要容忍的污点的key
    operator: "Equal" # 操作符
    value: "test" # 容忍的污点的value
    effect: "NoExecute" # 添加容忍的规则,这里必须和标记的污点规则相同
# 创建Pod
[root@k8s-master ~]# kubectl create -f pod-toleration.yaml 
pod/pod-toleration created

# 添加容忍的pod创建成功(pod-toleration),没有容忍规则的pod(taint3)依然无法创建
[root@k8s-master ~]# kubectl get pod -n dev
NAME             READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod-toleration   1/1     Running   0          8s
taint3           0/1     Pending   0          7m10s

下面看一下容忍的详细配置:

[root@k8s-master ~]# kubectl explain pod.spec.tolerations
KIND:     Pod
VERSION:  v1
RESOURCE: tolerations <[]Object>
FIELDS:
   effect        # 对应污点的effect,空意味着匹配所有影响
   key   # 对应着要容忍的污点的键,空意味着匹配所有的键
   operator      # key-value的运算符,支持Equal和Exists(默认)
   tolerationSeconds     # 容忍时间,当effect为NoExecute时生效,表示pod在Node上的停留时间
   value         # 对应着要容忍的污点的值
5、容器设计模式 1)、案例

比如,现在要发布一个应用,这个应用是Java写的,有一个war包需要把它放到Tomcat的web APP目录下面,这样就可以把它启动起来了。可是像这样一个war包或Tomcat这样一个容器的话,怎么去做,怎么去发布?

方法一:可以把war包和Tomcat打包放进一个镜像里面。但是这样带来一个问题,无论是要更新war包还是要更新Tomcat,都要重新做一个新的镜像,这是比较麻烦的

方式二:镜像里面只打包Tomcat。它就是一个Tomcat,但是需要使用数据卷的方式,比如说hostPath,从宿主机上把war包挂载进Tomcat容器中,挂到web APP目录下面,这样把这个容器启用起来之后,里面就能用了。这样做的问题是需要维护一套分布式存储系统。因为这个容器可能第一次启动是在宿主机A上面,第二次重新启动就可能跑到B上去了,容器它是一个可迁移的东西,它的状态是不保持的。所以必须维护一套分布式存储系统,使容器不管是在A还是在B上,都可以找到这个war包

2)、InitContainer

在上图的yaml里,首先定义一个Init Container,它只做一件事情,就是把war包从镜像里拷贝到一个Volume里面,它做完这个操作就退出了,所以Init Container会比用户容器先启动,并且严格按照定义顺序来依次执行

然后,这个关键在于刚刚拷贝到的这样一个目的目录:APP目录,实际上是一个Volume。而一个Pod里面的多个容器,它们是可以共享Volume的,所以现在这个Tomcat容器,只是打包了一个Tomcat镜像。但在启动的时候,要声明使用APP目录作为我的Volume,并且要把它们挂载在web APP目录下面

而这个时候,由于前面已经运行过了一个Init Container,已经执行完拷贝操作了,所以这个Volume里面已经存在了应用的war包:就是sample.war。等到第二步执行启动这个Tomcat容器的时候,去挂这个Volume,一定能在里面找到前面拷贝来的sample.war

所以这是一个通过组合两个不同角色的容器,并且按照这样一些像Init Container这样一种编排方式,统一的去打包这样一个应用,把它用Pod来去做的非常典型的一个例子。像这样的一个概念,在Kubernetes里面就是一个非常经典的容器设计模式,叫做Sidecar

3)、容器设计模式:Sidecar

什么是Sidecar?就是说其实在Pod里面,可以定义一些专门的容器,来执行主业务容器所需要的一些辅助工作

这种做法一个非常明显的优势就是在于其实将辅助功能从我的业务容器解耦了,所以能够独立发布Sidecar容器,并且更重要的是这个能力是可以重用的,即同样的一个监控Sidecar或者日志Sidecar,可以被全公司的人共用的

1)Sidecar:应用与日志收集

应用日志收集,业务容器将日志写在一个Volume里面,而由于Volume在Pod里面是被共享的,所以日志容器——即Sidecar容器一定可以通过共享该Volume,直接把日志文件读出来,然后存到远程存储里面,或者转发到另外一个例子。现在业界常用的Fluentd日志进程或日志组件,基本上都是这样的工作方式

2)Sidecar:代理容器

假如现在有个Pod需要访问一个外部系统,或者一些外部服务,但是这些外部系统是一个集群,那么这个时候如何通过一个统一的、简单的方式,用一个IP地址,就把这些集群都访问到?有一种方法就是:修改代码。因为代码里记录了这些集群的地址;另外还有一种解耦的方法,即通过Sidecar代理容器

简单说,单独写一个这么小的Proxy,用来处理对接外部的服务集群,它对外暴露出来只有一个IP地址就可以了。所以接下来,业务容器主要访问Proxy,然后由Proxy去连接这些服务集群,这里的关键在于Pod里面多个容器是通过localhost直接通信的,因为它们同属于一个network Namespace,网络视图都一样,所以它们俩通信localhost,并没有性能损耗

所以说代理容器除了做了解耦之外,并不会降低性能,更重要的是,像这样一个代理容器的代码就又可以被全公司重用了

3)Sidecar:适配器容器

比如,现在业务容器暴露出来的监控接口是/metrics,访问这个这个容器的metrics的这个URL就可以拿到了。可是现在,这个监控系统升级了,它访问的URL是/health,我只认得暴露出health健康检查的URL,才能去做监控,metrics不认识。那这个怎么办?那就需要改代码了,但可以不去改代码,而是额外写一个Adapter,用来把所有对health的这个请求转发给metrics就可以了,所以这个Adapter对外暴露的是health这样一个监控的URL,这就可以了

这样的关键还在于Pod之中的容器是通过localhost直接通信的,所以没有性能损耗,并且这样一个Adapter容器可以被全公司重用起来

参考:

Kubernetes(K8S) 入门进阶实战完整教程,黑马程序员K8S全套教程(基础+高级)

极客时间 《深入剖析Kubernetes》

云原生技术公开课

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