Kubernetes-Pod

Kubernetes 工作负载概述

工作负载是在 Kubernetes 上运行的应用程序。在 Kubernetes 中，无论你的负载是由单个组件还是由多个一同工作的组件构成， 你都可以在一组 Pod 中运行它。 在 Kubernetes 中， Pod 代表的是集群上处于运行状态的一组 容器 的集合。Kubernetes Pod 遵循预定义的生命周期。 例如，当在你的集群中运行了某个 Pod，但是 Pod 所在的 节点 出现致命错误时， 所有该节点上的 Pod 的状态都会变成失败。Kubernetes 将这类失败视为最终状态： 即使该节点后来恢复正常运行，你也需要创建新的 Pod 以恢复应用。不过，为了减轻用户的使用负担，通常不需要用户直接管理每个 Pod 。 而是使用负载资源来替用户管理一组 Pod。 这些负载资源通过配置 控制器 来确保正确类型的、处于运行状态的 Pod 个数是正确的，与用户所指定的状态相一致。

内置的工作负载资源

• Deployment 和 ReplicaSet （替换原来的资源 ReplicationController）。 Deployment 很适合用来管理你的集群上的无状态应用， Deployment 中的所有 Pod 都是相互等价的，并且在需要的时候被替换。
• StatefulSet 让你能够运行一个或者多个以某种方式跟踪应用状态的 Pod。 例如，如果你的负载会将数据作持久存储，你可以运行一个 StatefulSet ，将每个 Pod 与某个 PersistentVolume 对应起来。你在 StatefulSet 中各个 Pod 内运行的代码可以将数据复制到同一 StatefulSet 中的其它 Pod 中以提高整体的服务可靠性。
• DaemonSet 定义提供节点本地支撑设施的 Pod 。这些 Pod 可能对于你的集群的运维是 非常重要的，例如作为网络链接的辅助工具或者作为网络 插件 的一部分等等。每次你向集群中添加一个新节点时，如果该节点与某 DaemonSet 的规约匹配，则控制平面会为该 DaemonSet 调度一个 Pod到该新节点上运行。
• Job 和 CronJob。 定义一些一直运行到结束并停止的任务。 Job 用来执行一次性任务，而CronJob 用来执行的根据时间规划反复运行的任务

Pod 基本概念

1. 最小部署单元：Pod 是 Kubernetes 中创建和管理的最小对象
2. 容器组：一个 Pod 可以包含一个或多个紧密耦合的容器
3. 共享环境：Pod 中的容器共享：
   • 网络命名空间（相同的 IP 和端口空间）
   • 存储卷（Volumes）
   • 内存/CPU 资源限制

Pod 的主要特点

1. 生命周期短暂：Pod 是临时的，可以被创建、销毁和重新调度
2. 原子性调度：Pod 中的所有容器总是被调度到同一个节点上
3. 共享网络：Pod 内的容器通过 localhost 互相通信
4. 共享存储：Pod 可以定义一组共享的存储卷

Pod 的典型使用场景

1. 单容器 Pod：最常见的模式，一个 Pod 只运行一个容器
2. Sidecar 模式：主容器 + 辅助容器（如日志收集器）
3. 适配器模式：标准化不同容器的输出
4. 大使模式：代理到外部服务的连接

Pod 多容器示例

demo-multi.yaml

apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
  name: demo
---
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: demo-multi
  namespace: demo
spec:
  volumes:
    - name: html
      emptyDir: {}
  containers:
    - name: demo-nginx
      image: nginx
      volumeMounts:
        - name: html
          mountPath: /usr/share/nginx/html
    - name: demo-alpine
      image: alpine
      command: ["/bin/sh","-c","while true; do date > /html/index.html; sleep 0.5; done;"]
      volumeMounts:
        - name: html
          mountPath: /html

进入pod

kubectl exec -it demo-multi -n demo -c demo-nginx/demo-alpine -- /bin/sh

• -c：选择进入那个容器

Pod 生命周期

1. Pending：Pod 已被系统接受，但容器尚未创建
2. Running：Pod 已绑定到节点，所有容器已创建
3. Succeeded：所有容器成功终止
4. Failed：至少一个容器异常终止
5. Unknown：无法获取 Pod 状态

Pod 管理

• 一般不直接创建 Pod：通常通过 Deployment、StatefulSet 等控制器来管理 Pod
• 临时调试 Pod：可以使用 kubectl run命令快速创建临时 Pod
• 查看 Pod 信息：kubectl get pods, kubectl describe pod <pod-name>

Kubernetes Pod 生命周期

Pod 作为 Kubernetes 的最小调度单元，其生命周期管理是集群运维的核心知识。以下是 Pod 从创建到终止的完整生命周期解析：

Pod 生命周期阶段

1. Pending（挂起）
   • Pod 已被 API Server 接受
   • 容器镜像正在下载或调度未完成
   • 典型场景：等待节点资源分配或镜像拉取
2. Running（运行中）
   • Pod 已绑定到节点
   • 至少一个容器正在运行（包括 pause 容器）
   • 可能状态：所有容器运行中/部分容器启动中/部分容器失败但未达到重启策略阈值
3. Succeeded（成功终止）
   • 所有容器正常退出（exit code 0）
   • 典型场景：Job/CronJob 类工作负载完成
4. Failed（失败终止）
   • 至少一个容器异常终止（非 0 退出码）
   • 可能原因：容器执行失败/节点资源不足/OOMKilled
5. Unknown（未知状态）
   • 无法获取 Pod 状态信息
   • 常见原因：节点失联/kubelet 进程异常

Pod 创建流程（详细时序）

sequenceDiagram
    participant User
    participant API_Server
    participant Scheduler
    participant Kubelet
    participant Container_Runtime
    
    User->>API_Server: kubectl apply -f pod.yaml
    API_Server->>Scheduler: 未绑定Pod入调度队列
    Scheduler->>API_Server: 绑定到合适Node
    API_Server->>Kubelet: 节点监听新增Pod
    Kubelet->>Container_Runtime: 创建pause容器
    Container_Runtime-->>Kubelet: pause容器运行
    Kubelet->>Container_Runtime: 创建业务容器
    Container_Runtime-->>Kubelet: 业务容器状态
    Kubelet->>API_Server: 更新Pod状态

关键生命周期事件

Init Containers（初始化容器）

• 串行执行，全部成功后才启动主容器
• 典型用途：数据库迁移/配置文件生成/网络检查

容器探针（Probes）

探针类型	检查时机	失败后果
Startup Probe	容器启动后	阻止其他探针执行
Liveness Probe	运行期间定期检查	重启容器
Readiness Probe	服务就绪检查	从Service端点移除

容器钩子（Lifecycle Hooks）

lifecycle:
  postStart:
    exec:
      command: ["/bin/sh", "-c", "echo Hello > /tmp/startup"]
  preStop:
    httpGet:
      path: /graceful-shutdown
      port: 8080

Pod 终止流程（优雅关闭）

1. 触发终止（以下事件之一）

   • 用户执行删除操作（kubectl delete）
   • 节点资源不足被驱逐
   • 健康检查失败

2. 终止序列

   1. API Server 更新Pod状态为Terminating
   2. Kubelet 触发preStop钩子（默认30秒等待）
   3. 发送SIGTERM信号给容器进程
   4. 等待优雅退出期（默认30秒）
   5. 强制终止（SIGKILL）残留进程
   6. 清理容器资源并通知API Server