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关于运维:Kubernetes资源编排系列之一-Pod-YAML篇

作者：

jiezi

在

作者：周虚（应金挺）
SREWorks的开源吸引了大量用户来尝试部署和应用咱们的产品，其中不乏一些首次接触Kubernetes的敌人。随着SREWorks云原生运维平台应用的继续深刻，局部用户对于其中的原理和概念还存在一些困惑。因而，咱们特推出 《Kubernetes资源编排系列》 ，从底层的Pod YAML开始，逐渐递进地解说相干内容，心愿可能解答大家对于Kubernetes的一些疑难，让用户对于云原生相干技术有更深刻的理解。

1.Pod整体构造

Pod YAML的整体构造，能够初步分为Resource(资源)、Object(元数据)、Spec(标准)、Status(状态)。 本文将会围绕这四局部一一开展。

  • Resource：定义资源类型与版本， 作为从Rest API中获取资源必带的属性。
  • Object：资源的元数据属性，明确资源的根本标识。
  • Spec / Status：
  1. Spec：定义资源的冀望状态，包含用户提供的配置、零碎扩大的默认值，以及周边零碎初始化或者更改值（scheduler、hpa等）。
  2. Status：定义资源的以后状态，从而基于Spec定义的申明式配置，使pod一直朝冀望状态凑近。

2.Resource（资源）-Rest API

k8s资源依照Scope能够分为Namespace资源、Cluster资源，Namespace在k8s能够认为是软租户的成果，实现资源层面的隔离，Pod资源就是属于Namespace资源，而Namespace不光体现在YAML参数中，也体现在k8s Rest API中。
Rest API的整体构造，以Pod举例

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: test-pod
  namespace: default

基于上述YAML，能够明确出namespace为default， name为test-pod的Pod资源对象，也就是明确出Pod为Namespace资源，该Pod资源对象对应的apiVersion为v1，后续k8s自内联相干的Group为/api，自然而然，咱们就将该对象的数据分离出来了：

  • group：api
  • apiVersion：v1
  • kind：Pod
  • name：test-pod
  • namespace：default

基于上述的数据展现，apiserver自然而然会相应的注册出下列rest api，

  • /api/{apiVersion}/{kind}：该kind下的所有资源列表
  • /api/{apiVersion}/namespace/{namespace}/{kind}/：该kind下以后namespace的所有资源列表
  • /api/{apiVersion}/namespace/{namespace}/{kind}/{name}：该kind下以后namespace且名为name的资源
  • /api/{apiVersion}/namespace/{namespace}/{kind}/{name}/{subresource}：该kind下以后namespace且名为name的资源下子资源操作

后续基于扩大，咱们就须要明确出method，这样一个真正残缺的Rest API就诞生了。

3.Object（元数据）

在rest api中明确了Resource的kind、apiVersion， 也确定了Object的namespace、name，作为但凡k8s资源对象都会援用的公共构造，天然也存在很多公共机制供应用。

metadata:
  annotations:
    alibabacloud.com/owner: testdemo
    k8s.aliyun.com/pod-eni: "true"
  creationTimestamp: "2022-06-02T07:21:36Z"
  deleteTimestamp: "2022-06-02T07:22:51Z"
  labels:
    app: taihao-app-cn-shanghai-pre-cloud-resource
    pod-template-hash: 5bbb759f78
  name: testdemo-5bbb759f78-27v88
  namespace: default
  ownerReferences:
  - apiVersion: apps/v1
    blockOwnerDeletion: true
    controller: true
    kind: ReplicaSet
    name: testdemo-5bbb759f78
    uid: 9c3f268a-c0d1-4038-bb2b-b92928f45e3d
  resourceVersion: "60166035"
  uid: e4236960-8be2-41bf-ac44-e7460378afbb

察看上述YAML，咱们将其整顿一下，有这样一些字段: 

  • namespace：惯例来说，Namespace资源才会应用该资源对象
  • name：代表资源实例名称
  • uid：是资源的惟一标识，能够区别已删除与从新创立的同名资源实例
  • resourceVersion：是k8s的外部版本，具备工夫属性，基于此就能明确该资源对是什么时候产生扭转的，也是保障k8s list-watch外围机制
  • creationTimestamp: 资源实例创立工夫
  • deleteTimestamp: 资源实例删除工夫，后续会在pod的生命周期内讲到对该字段利用
  • ownerReferences: 资源隶属对象，从下面yaml可知，该Pod资源从属于名为testdemo-5bb759f78， ownerReferences外部是没有namespace参数，也就是ownerReferences不容许跨namespace， 将资源由下到上可能建设起来
  • labels ：标签， k8s内的服务发现以及相应的软关联，都是围绕label运作的，比方testdemo-5bb759f78 replicaset 的labelselector（标签筛选器）可能筛选到以后Pod的label，保障两者关联由上到下的建设
  • annotations: 正文，通常来说会是作为额定字段供给给周边零碎应用，比方以后k8s.aliyun.com/pod-eni=”true”是提供网络系统应用

label & labelSelector

Deployment 会依据本人的labelseletor：app=taihao-app-cluster 以及计算出podtemplate的hash lable：pod-template-hash: 5b8b879786 , 筛选出出合乎的replicaset， replicaset再依据本人的labelselector 去筛选出合乎的pods， 相应的服务发现service，也是通过labelselector去筛选出合乎的Pod

Owner & GC(垃圾回收)

基于Pod的metadata.ownerReferences找寻到对应的replicaset，replicaset基于本身的metadata.ownerReferences 找寻到deploy；当deployment被删除后，基于原有owner构建的树状，回收原有的rs与pod。

Deploy & Replicaset

基于label&labelselector，明确了从上到下的筛选演绎；基于owner&GC，明确了关联资源的回收流程。

apiVersion: apps/v1
kind: ReplicaSet
metadata:
  generation: 1
  labels:
    app: testdemo
    pod-template-hash: bcd889947
  name: testdemo-bcd889947
  namespace: taihao
  ownerReferences:
  - apiVersion: apps/v1
    blockOwnerDeletion: true
    controller: true
    kind: Deployment
    name: testdemo
    uid: 1dddc849-c254-4cf5-aec8-9e1c2b5e65af
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: testdemo
      pod-template-hash: bcd889947
  template:
    metadata:
      creationTimestamp: null
      labels:
        app: testdemo
        pod-template-hash: bcd889947
    spec:
      containers:
      - args:
        - -c
        - sleep 1000000
        command:
        - sh
        image: centos:7
        imagePullPolicy: IfNotPresent
                name: testdemo
status:
  fullyLabeledReplicas: 1
  observedGeneration: 1
  replicas: 1

replicaset.spec.replicas: 实例数，rs管制下的Pod个数

replicaset.spec.selector：基于label 筛选出对应的Pod

replicaset.spec.template：replicaset创立的Pod会基于podtemplate

replicaset.status：replicaset 以后治理Pod的状态

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  labels:
    app: testdemo
  name: testdemo
spec:
  replicas: 1
  revisionHistoryLimit: 10
  selector:
    matchLabels:
      app: testdemo
  strategy:
    rollingUpdate:
      maxSurge: 25%
      maxUnavailable: 25%
    type: RollingUpdate
  template:
    metadata:
      creationTimestamp: null
      labels:
        app: testdemo
    spec:
      containers:
      - args:
        - -c
        - sleep 1000000
        command:
        - sh
        image: centos:7
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        name: testdemo
status:
  availableReplicas: 1
  observedGeneration: 2
  readyReplicas: 1
  replicas: 2
  unavailableReplicas: 1
  updatedReplicas: 1

deploy.spec.replicas: deploy冀望的pod实例格局

deploy.spec.revisionHistoryLimit：deploy 治理replicaset的保留三个月

deploy.spec.selector：deploy 筛选合乎标签

deploy.spec.strategy：deploy的降级策略

deploy.template：deploy基于此模版要创立的pod格局

4.Spec（标准）

Spec作为Pod的冀望状态，肯定水平上也笼罩了Pod残缺生命周期的逻辑，Pod的生命周期分为以下阶段

  • Pending：代表Pod处于未调度阶段
  • Creating：节点上的kubelet曾经发现了Pod，处于创立阶段
  • Running：至多一个容器运行结束，kubelet这会发动衰弱监测
  • Terminating：Pod处于删除状态，kubelet开始回收容器
  • Terminated: Pod 销毁实现

Pod生命周期: Pending

Pod资源创立结束后，处于还未调度阶段，这个时候scheduler（调度器）基于pod yaml自身的配置与节点资源状态状况，来进行调度。

scheduler会去剖析podyaml，将其中的策略提取进去，与节点组中的节点配置进行匹配，若匹配胜利后，会选出最佳节点，从新批改pod yaml，将spec.nodeName更新掉，实现整个调度环节、

资源策略
资源策略表明Pod运行须要的资源状况，以demo为例，Pod须要2核4G的资源，那么调度过来的节点也须要有2核4G的资源残余，Pod能力运行在该节点上

节点标签筛选策略
节点标签筛选策略，筛选节点是否存在topology.kubernetes.io/region: cn-hangzhou

亲和策略
亲和策略，有节点亲和与Pod亲和（Pod所在节点优先调度），惯例来说能够优先满足亲和的节点上，以后例子就是节点亲和，满足标签disk-type=aaa 或者disk-type=bbb

污点策略
污点策略，当节点上配置了污点，若Pod没有容忍该污点的策略，则Pod不容许调度到该节点上

Pod生命周期: Creating

当Pod调度结束后，开始创立阶段，kubelet会基于pod.spec 冀望状态来创立出Pod
kubelet 在创立Pod阶段，总共大抵经验以下过程

、

  • Group配置：次要是为了容器配置cgroup，外面波及了对容器资源限度，比方不容许超过cpu、memory配置,这里波及到Pod的qos级别断定
  • 初始化环境配置：次要是对相干Pod数据存储目录进行配置，波及到volume，则会去援用CSI协定，也会去获取镜像secret，为了后续拉取镜像进行筹备工作
  • 创立pause容器：创立pause容器，该容器次要是为了后续配置容器网络，配置容器网络会去调用CNI
  • 创立Pod容器：基于imagesecret拉取业务镜像，在创立Pod容器阶段，也会将相应的Pod YAML配置传输进去，在启动Pod容器结束后，会基于poststart进行相干的回调

上述阶段，会抉择局部要害概念进行具体阐明
image

spec:
  containers:
  - image: testdemo:v1
    imagePullPolicy: Always
    name: test-config
  imagePullSecrets:
  - name: image-regsecret

imagePullSecrets: 拉取镜像的密钥，保障可能拉取image：testdemo:v1，尤其在镜像库是公有库的阶段

imagePullPolicy：镜像拉取策略

  • Always：总是拉取镜像
  • IfNotPresent：本地若有则应用本地镜像，不进行拉取
  • Never：只应用本地镜像，不拉取

containers

留神这个containers用的是复数，能够填多个容器镜像: 比方能够放 nginx 和 业务容器。这样做的益处是能够尽量减少业务容器中与业务无关的代码或过程。

container波及很多配置，其中有波及到volume、env、dnsconfig、host等根底配置

spec:
  containers:
  - env:
    - name: TZ
      value: Asia/Shanghai
    image: testdemo:v1
    name: taihao-app-cn-shanghai-pre-share
    volumeMounts:
    - mountPath: /home/admin
      name: test-config
      readOnly: true
  dnsConfig:
    nameservers:
    - 100.100.1.1
    - 100.100.2.1
    options:
    - name: ndots
      value: "3"
    - name: timeout
      value: "3"
    - name: attempts
      value: "3"
    searches:
    - default.svc.cluster.local
    - svc.cluster.local
    - cluster.local
  hostAliases:
  - hostnames:
    - kubernetes
    - kubernetes.default
    - kubernetes.default.svc
    - kubernetes.default.svc.cluster.local
    ip: 1.1.1.1
  volumes:
  - configMap:
      defaultMode: 420
      name: test-config
    name: test-config

env：配置Pod的环境变量

dnsConfig：配置Pod的域名解析

hostALiases：配置/etc/hosts文件内容

volume/volumeMount: 配置文件挂载到容器内，也能够配置文件存储系统挂载到容器内

postStart

containers:
  - image: testdemo:v1
    imagePullPolicy: Always
    lifecycle:
      postStart:
        exec:
          command:
          - /bin/sh
          - -c
          - sleep 5

以后poststart demo 是发动command命令，也能够发动http申请，次要作用能够作为资源部署以及环境筹备。

Pod生命周期: Running

在Pod running阶段的时候，Pod就迎来对其衰弱的查看，以后kubelet 提供三种形式断定

  • readiness：查看Pod是否为衰弱
  • liveness：件看Pod是否失常，若查看失败，则重启容器
  • readinessGate：提供给第三方组件衰弱验证，第三方组件验证不过，则Pod不为衰弱
spec:
  readinessGates:
  - conditionType: TestPodReady
  containers:
  - image: testdemo:v1
    imagePullPolicy: Always
    livenessProbe:
      failureThreshold: 3
      initialDelaySeconds: 45
      periodSeconds: 5
      successThreshold: 1
      tcpSocket:
        port: 8080
      timeoutSeconds: 1
    readinessProbe:
      failureThreshold: 3
      httpGet:
        path: /actuator/health
        port: 8989
        scheme: HTTP
      initialDelaySeconds: 25
      periodSeconds: 3
      successThreshold: 1
      timeoutSeconds: 1

readiness与liveness查看参数都是统一的

  • httpGet / tcpSocket：都是查看形式，一种是http申请验证，一种是tcpSocket，其中也有exec执行命令，以及grpc模式验证
  • initialDelaySeconds：提早多久开始查看，起因在于容器启动的时候，通常须要过段时间进行验证
  • periodSeconds：测验工夫周期
  • failureThreshold：间断几次失败，则代表这轮测验失败
  • successThreshold：间断几次胜利，则代表这轮测验胜利
  • timeoutSeconds：代表测验超时工夫，若测验在该配置工夫内没有返回，则认为测验失败

readiness、liveness尽管参数不一样，但对测验的后果行为不统一。

  • readiness默认状态下为false，也就是Pod为不衰弱，直到查看通过，才将Pod变为衰弱
  • liveness默认状态下为true，不会在刚开始就将Pod重启，只有等查看不通过后，才会进行容器重启操作

readinessGate 是Pod衰弱的扩大，kubelet会基于此，默认在pod.status.conditions上配置对应的condition， 比方以后例子readinessGate为conditionType: TestPodReady ， 则相应就会有conditions

status:
  conditions:
  - lastProbeTime: null
    lastTransitionTime: "2022-07-05T09:16:07Z"
    status: "false"
    type: TestPodReady

当该condition.status为false时，则Pod就会始终是不衰弱，哪怕readiness查看通过，直到第三方零碎去操作更新Pod该condition.status为true，才能够将Pod变为衰弱，这样就能够接入更多的Pod衰弱指标。

Pod生命周期: Terminating

client 在发动申请删除Pod的时候，实际上是配置
pod.metadata.deletionTimestamp，kubelet感知到后，开始进行Pod回收流程
整个Pod的回收周期，惯例来说preStop—>SIGTERM—>SIGKILL

lifecycle:
  preStop:
    exec:
      command:
      - /bin/sh
      - -c
      - sleep 5

当kubelet进行preStop后，开始发动SIGTERM给容器内过程，若超过总默认耗时30S（metadata.DeletionGracePeriodSeconds）,则强制发动SIGKILL给容器，也就是prestop+SIGTERM总耗时不容许超过30s。

5.Status（状态）

status:
  conditions:
  - lastProbeTime: null
    lastTransitionTime: "2022-07-05T09:16:07Z"
    status: "True"
    type: TestPodReady
  - lastProbeTime: null
    lastTransitionTime: "2022-07-05T09:16:07Z"
    status: "True"
    type: Initialized
  - lastProbeTime: null
    lastTransitionTime: "2022-07-05T09:16:14Z"
    status: "True"
    type: Ready
  - lastProbeTime: null
    lastTransitionTime: "2022-07-05T09:16:14Z"
    status: "True"
    type: ContainersReady
  - lastProbeTime: null
    lastTransitionTime: "2022-07-05T09:16:07Z"
    status: "False"
    type: ContainerDiskPressure
  - lastProbeTime: null
    lastTransitionTime: "2022-07-05T09:16:07Z"
    status: "True"
    type: PodScheduled
  containerStatuses:
  - containerID: containerd://xxxxx
    image: docker.io/library/testdemo:v1
    imageID: docker.io/library/centos@sha256:xxxx
    lastState: {}
    name: zxtest
    ready: true
    restartCount: 0
    started: true
    state:
      running:
        startedAt: "2022-07-05T09:16:13Z"
  hostIP: 21.1.96.23
  phase: Running
  podIP: 10.11.17.172
  podIPs:
  - ip: 10.11.17.172
  qosClass: Guaranteed
  startTime: "2022-07-05T09:16:07Z"

基于上述YAML样例，将Pod status状态拆建进去剖析一下: 

  • conditions: conditions是作为一种更详尽的状态报告，其自身也是一种扩大机制，其余的扩大字段也能够放入其中，比方能够表明网络情况，其中readinessGate就是这种扩大机制的体现，但决定Pod是否ready，永远只看type: Ready是否为true
  • containerStatuses: Pod内各容器的状态
  • hostIP: Pod所在节点ip地址

  • phase: Pod的生命周期状态

    • Pending：代表Pod有一个容器或者多个容器还未运行，其中包含Pod调度到节点之前以及拉取镜像
    • Running：代表Pod已绑定到节点上，至多有一个容器运行或在重启
    • Successed：代表Pod所有容器已终止
    • Failed：代表Pod内至多有一个容器终止失败
    • Unknown：代表无奈获取Pod状态
  • podIP / podIPs：Pod的IP地址，如果有ipv4、ipv6，则能够在podIPs上配置

  • qosClass：代表kubernetes服务等级

    • Guaranteed：resource.requests与resource.limits统一
    • Burstable：resource.requests与resource.limits 不统一
    • BestEffort：没有配置resource.requests与resource.limits
  • startTime：启动工夫

通过以上Pod四个局部拆解，咱们根本搞清了一个Pod在k8s下“从哪里来”的这个问题。本系列的后续的文章会对“到哪里去”这个问题持续开展：Kubernetes的魅力在于不仅仅是拉起一个工作负载，而是可能召之即来挥之即去地编排海量工作负载。

后续文章均会公布在咱们的公众号“阿里智能运维”上，请大家继续关注～也欢送大家在公众号后盾留言想理解的内容和感兴趣的相干话题，与SREWorks团队进行交换。

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