Pod解析

Pod是kubernetes中可以创建的最小部署单元。

V1 core版本的Pod的配置模板见Pod template

什么是Pod?

Pod就像是豌豆荚一样,它由一个或者多个容器组成(例如Docker容器),它们共享容器存储、网络和容器运行配置项。Pod中的容器总是被同时调度,有共同的运行环境。你可以把单个Pod想象成是运行独立应用的“逻辑主机”——其中运行着一个或者多个紧密耦合的应用容器——在有容器之前,这些应用都是运行在几个相同的物理机或者虚拟机上。

尽管kubernetes支持多种容器运行时,但是Docker依然是最常用的运行时环境,我们可以使用Docker的术语和规则来定义Pod。

Pod中共享的环境包括Linux的namespace、cgroup和其他可能的隔绝环境,这一点跟Docker容器一致。在Pod的环境中,每个容器中可能还有更小的子隔离环境。

Pod中的容器共享IP地址和端口号,它们之间可以通过localhost互相发现。它们之间可以通过进程间通信,例如SystemV信号或者POSIX共享内存。不同Pod之间的容器具有不同的IP地址,不能直接通过IPC通信。

Pod中的容器也有访问共享volume的权限,这些volume会被定义成pod的一部分并挂载到应用容器的文件系统中。

根据Docker的结构,Pod中的容器共享namespace和volume,不支持共享PID的namespace。

就像每个应用容器,pod被认为是临时(非持久的)实体。在Pod的生命周期中讨论过,pod被创建后,被分配一个唯一的ID(UID),调度到节点上,并一致维持期望的状态直到被终结(根据重启策略)或者被删除。如果node死掉了,分配到了这个node上的pod,在经过一个超时时间后会被重新调度到其他node节点上。一个给定的pod(如UID定义的)不会被“重新调度”到新的节点上,而是被一个同样的pod取代,如果期望的话甚至可以是相同的名字,但是会有一个新的UID。

Volume跟pod有相同的生命周期(当其UID存在的时候)。当Pod因为某种原因被删除或者被新创建的相同的Pod取代,它相关的东西(例如volume)也会被销毁和再创建一个新的volume。

Pod示意图

一个多容器Pod,包含文件提取程序和Web服务器,该服务器使用持久卷在容器之间共享存储。

Pod的动机

管理

Pod是一个服务的多个进程的聚合单位,pod提供这种模型能够简化应用部署管理,通过提供一个更高级别的抽象的方式。Pod作为一个独立的部署单位,支持横向扩展和复制。共生(协同调度),命运共同体(例如被终结),协同复制,资源共享,依赖管理,Pod都会自动的为容器处理这些问题。

资源共享和通信

Pod中的应用可以共享网络空间(IP地址和端口),因此可以通过localhost互相发现。因此,pod中的应用必须协调端口占用。每个pod都有一个唯一的IP地址,跟物理机和其他pod都处于一个扁平的网络空间中,它们之间可以直接连通。

Pod中应用容器的hostname被设置成Pod的名字。

Pod中的应用容器可以共享volume。Volume能够保证pod重启时使用的数据不丢失。

Pod的使用

Pod也可以用于垂直应用栈(例如LAMP),这样使用的主要动机是为了支持共同调度和协调管理应用程序,例如:

  • 内容管理系统、文件和数据加载器、本地换群管理器等。
  • 日志和检查点备份、压缩、旋转、快照等。
  • 数据变更观察者、日志和监控适配器、活动发布者等。
  • 代理、桥接和适配器等。
  • 控制器、管理器、配置器、更新器等。

通常单个pod中不会同时运行一个应用的多个实例。

详细说明请看: The Distributed System ToolKit: Patterns for Composite Containers.

其他替代选择

为什么不直接在一个容器中运行多个应用程序呢?

  1. 透明。让Pod中的容器对基础设施可见,以便基础设施能够为这些容器提供服务,例如进程管理和资源监控。这可以为用户带来极大的便利。
  2. 解耦软件依赖。每个容器都可以进行版本管理,独立的编译和发布。未来kubernetes甚至可能支持单个容器的在线升级。
  3. 使用方便。用户不必运行自己的进程管理器,还要担心错误信号传播等。
  4. 效率。因为由基础架构提供更多的职责,所以容器可以变得更加轻量级。

为什么不支持容器的亲和性的协同调度?

这种方法可以提供容器的协同定位,能够根据容器的亲和性进行调度,但是无法实现使用pod带来的大部分好处,例如资源共享,IPC,保持状态一致性和简化管理等。

Pod的持久性(或者说缺乏持久性)

Pod在设计支持就不是作为持久化实体的。在调度失败、节点故障、缺少资源或者节点维护的状态下都会死掉会被驱逐。

通常,用户不需要手动直接创建Pod,而是应该使用controller(例如Deployments),即使是在创建单个Pod的情况下。Controller可以提供集群级别的自愈功能、复制和升级管理。

使用集合API作为主要的面向用户的原语在集群调度系统中相对常见,包括BorgMarathonAuroraTupperware

Pod 原语有利于:

  • 调度程序和控制器可插拔性
  • 支持pod级操作,无需通过控制器API“代理”它们
  • 将pod生命周期与控制器生命周期分离,例如用于自举(bootstrap)
  • 控制器和服务的分离——端点控制器只是监视pod
  • 将集群级功能与Kubelet级功能的清晰组合——Kubelet实际上是“pod控制器”
  • 高可用性应用程序,它们可以在终止之前及在删除之前更换pod,例如在计划驱逐、镜像预拉取或实时pod迁移的情况下#3949

StatefulSet 控制器支持有状态的Pod。在1.4版本中被称为PetSet。在kubernetes之前的版本中创建有状态pod的最佳方式是创建一个replica为1的replication controller。

Pod的终止

因为Pod作为在集群的节点上运行的进程,所以在不再需要的时候能够优雅的终止掉是十分必要的(比起使用发送KILL信号这种暴力的方式)。用户需要能够发起一个删除 Pod 的请求,并且知道它们何时会被终止,是否被正确的删除。用户想终止程序时发送删除pod的请求,在pod可以被强制删除前会有一个宽限期,会发送一个TERM请求到每个容器的主进程。一旦超时,将向主进程发送KILL信号并从API server中删除。如果kubelet或者container manager在等待进程终止的过程中重启,在重启后仍然会重试完整的宽限期。

示例流程如下:

  1. 用户发送删除pod的命令,默认宽限期是30秒;
  2. 在Pod超过该宽限期后API server就会更新Pod的状态为“dead”;
  3. 在客户端命令行上显示的Pod状态为“terminating”;
  4. 跟第三步同时,当kubelet发现pod被标记为“terminating”状态时,开始停止pod进程:
    1. 如果在pod中定义了preStop hook,在停止pod前会被调用。如果在宽限期过后,preStop hook依然在运行,第二步会再增加2秒的宽限期;
    2. 向Pod中的进程发送TERM信号;
  5. 跟第三步同时,该Pod将从该service的端点列表中删除,不再是replication controller的一部分。关闭的慢的pod将继续处理load balancer转发的流量;
  6. 过了宽限期后,将向Pod中依然运行的进程发送SIGKILL信号而杀掉进程。
  7. Kubelet会在API server中完成Pod的的删除,通过将优雅周期设置为0(立即删除)。Pod在API中消失,并且在客户端也不可见。

删除宽限期默认是30秒。 kubectl delete命令支持 —grace-period=<seconds> 选项,允许用户设置自己的宽限期。如果设置为0将强制删除pod。在kubectl>=1.5版本的命令中,你必须同时使用 --force--grace-period=0 来强制删除pod。
在 yaml 文件中可以通过 {{ .spec.spec.terminationGracePeriodSeconds }} 来修改此值。

强制删除Pod

Pod的强制删除是通过在集群和etcd中将其定义为删除状态。当执行强制删除命令时,API server不会等待该pod所运行在节点上的kubelet确认,就会立即将该pod从API server中移除,这时就可以创建跟原pod同名的pod了。这时,在节点上的pod会被立即设置为terminating状态,不过在被强制删除之前依然有一小段优雅删除周期。

强制删除对于某些pod具有潜在危险性,请谨慎使用。使用StatefulSet pod的情况下,请参考删除StatefulSet中的pod文章。

Pod中容器的特权模式

从Kubernetes1.1版本开始,pod中的容器就可以开启privileged模式,在容器定义文件的 SecurityContext 下使用 privileged flag。 这在使用Linux的网络操作和访问设备的能力时是很有用的。容器内进程可获得近乎等同于容器外进程的权限。在不需要修改和重新编译kubelet的情况下就可以使用pod来开发节点的网络和存储插件。

如果master节点运行的是kuberentes1.1或更高版本,而node节点的版本低于1.1版本,则API server将也可以接受新的特权模式的pod,但是无法启动,pod将处于pending状态。

执行 kubectl describe pod FooPodName,可以看到为什么pod处于pending状态。输出的event列表中将显示:
Error validating pod "FooPodName"."FooPodNamespace" from api, ignoring: spec.containers[0].securityContext.privileged: forbidden '<*>(0xc2089d3248)true'

如果master节点的版本低于1.1,无法创建特权模式的pod。如果你仍然试图去创建的话,你得到如下错误:

The Pod "FooPodName" is invalid. spec.containers[0].securityContext.privileged: forbidden '<*>(0xc20b222db0)true'

API Object

Pod是kubernetes REST API中的顶级资源类型。

在kuberentes1.6的V1 core API版本中的Pod的数据结构如下图所示:

Pod Cheatsheet