Kubernetes-中的垃圾回收

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构想这么一个场景：咱们在 K8s 上创立了一个对象，它依据须要生成正本集和 Pod。在查看时，咱们脱漏了容器某个属性的设置，因而又从新编辑了 Deployment。新的 Deployment 就产生了新的正本集对象和新的 Pod。这里就呈现了一个问题，旧的正本集和 Pop 去哪了？另外，如果间接删除 Deployment，那正本集和 Pod 又会如何？事实就是，在删除 Deployment 后，正本集和 Pod 也会一起被删除，要不然集群早就乱套了。

在这个场景之下，咱们能够深刻思考几个问题：在 K8s 中该如何实现级联删除？有几种级联删除策略？在 K8s 中有没有可能存在孤儿对象（orphan object）？这些问题其实就是典型的垃圾回收（garbage collection，GC）问题。本文将介绍 K8s 中垃圾回收的概念以及实现办法。

什么是垃圾回收？

一般来说，垃圾回收（GC）就是从零碎中删除未应用的对象，并开释调配给它们的计算资源。GC 存在于所有的高级编程语言中，较低级的编程语言通过零碎库实现 GC。

GC 最常见的算法之一是 mark-and-sweep，这个算法会标记将删除的对象，再进行删除，如下图所示：

OwnerRefernce

在面向对象的语言中，一些对象会援用其余对象或者间接由其余对象组成，k8s 也有相似模式，例如正本集治理一组 Pod，而 Deployment 又治理着正本集。

但与面向对象语言不同的是，在 K8s 对象的定义中，没有明确所有者之间的关系，那么零碎要如何确定它们的关系呢？其实，在 K8s 中，每个隶属对象都具备惟一数据字段名称 metadata.ownerReferences 用于确定关系。

从 Kubernetes v1.8 开始，K8s 对于 ReplicaSet、StatefulSet、DaemonSet、Deployment、Job、CronJob 等创立或治理的对象，会主动为其设置 ownerReferences 的值。如果有须要，咱们还能够手动设置 ownerReferences。

以下内容显示了 core-dns Deployment 上 metadata.ownerReferences 的值。

k get deployment -n kube-system -o wide
NAME     READY  UP-TO-DATE  AVAILABLE  AGE  CONTAINERS  IMAGES
coredns  2/2    2           2          44d  coredns     k8s.gcr.io/coredns:1.6.7


k get rs -n kube-system -o json | jq ".items[0].metadata.name, .items[0].metadata.ownerReferences"
"coredns-66bff467f8"
[
 {
  "apiVersion": "apps/v1",
  "blockOwnerDeletion": true,
  "controller": true,
  "kind": "Deployment",
  "name": "coredns",
  "uid": "d8f29b78-439c-497e-9a45-7c33bd626a9f"
 }
]

k get pods coredns-66bff467f8-rsnmg -n kube-system -o json | jq ".metadata.name, .metadata.ownerReferences"
"coredns-66bff467f8-rsnmg"
[
 {
  "apiVersion": "apps/v1",
  "blockOwnerDeletion": true,
  "controller": true,
  "kind": "ReplicaSet",
  "name": "coredns-66bff467f8",
  "uid": "085d5398-1358-43e2-918e-2e03da18c7bd"
 }
]

认真察看上述命令的输入，其实它和其余对象 GC 之间是有些许差异的。对象关联参考金字塔是颠倒的：

K8s 的垃圾回收策略

如后面所讲，在 Kubernetes v1.8 之前，依赖对象逻辑删除的实现是在客户端，对于某些资源而言则是在控制器端。有时，客户端会中途失败，导致集群状态凌乱，须要手动清理。起初为了解决这个问题，K8s 社区引入并实现了 Garbage Collector Controller（垃圾回收器），用更好用且更简略的形式实现 GC。在 K8s 中，有两大类 GC：

级联（Cascading）：在级联删除中，所有者被删除，那集群中的隶属对象也会被删除。
孤儿（Orphan）：这种状况下，对所有者的进行删除只会将其从集群中删除，并使所有对象处于“孤儿”状态。

级联删除

在级联删除（cascading deletion strategy）中，隶属对象（dependent object）与所有者对象（owner object）会被一起删除。在级联删除中，又有两种模式：前台（foreground）和 后盾（background）。

前台级联删除（Foreground Cascading Deletion）：在这种删除策略中，所有者对象的删除将会继续到其所有隶属对象都被删除为止。当所有者被删除时，会进入“正在删除”（deletion in progress）状态，此时：

对象依然能够通过 REST API 查问到（可通过 kubectl 或 kuboard 查问到）
对象的 deletionTimestamp 字段被设置
对象的 metadata.finalizers 蕴含值 foregroundDeletion

一旦对象被设置为“正在删除”状态，垃圾回收器将删除其隶属对象。当垃圾回收器曾经删除了所有的“blocking”隶属对象（ownerReference.blockOwnerDeletion=true 的对象）当前，将删除所有者对象。

后盾级联删除（Background Cascading Deletion）：这种删除策略会简略很多，它会立刻删除所有者的对象，并由垃圾回收器在后盾删除其隶属对象。这种形式比前台级联删除快的多，因为不必等待时间来删除隶属对象。

孤儿删除

在 孤儿删除策略（orphan deletion strategy）中，会间接删除所有者对象，并将隶属对象中的 ownerReference 元数据设置为默认值。之后垃圾回收器会确定孤儿对象并将其删除。

垃圾回收器如何工作？

如果对象的 OwnerReferences 元数据中没有任何所有者对象，那么垃圾回收器会删除该对象。垃圾回收器由 Scanner、Garbage Processor 和 Propagator 组成：

Scanner：它会检测 K8s 集群中反对的所有资源，并通过管制循环周期性地检测。它会扫描零碎中的所有资源，并将每个对象增加到 ” 脏队列 ”（dirty queue）中。

Garbage Processor：它由在 ” 脏队列 ” 上工作的 worker 组成。每个 worker 都会从 ” 脏队列 ” 中取出对象，并查看该对象里的 OwnerReference 字段是否为空。如果为空，那就从“脏队列”中取出下一个对象进行解决；如果不为空，它会检测 OwnerReference 字段内的 owner resoure object 是否存在，如果不存在，会申请 API 服务器删除该对象。

Propagator：用于优化垃圾回收器，它蕴含以下三个组件：