【云原生_K8S系列】什么是 Kubernetes Pod？用现实例子解释 ...

Kubernetes（简称K8S）是一个开源的容器编排平台，用于自动化容器化应用的部署、扩展和管理。在Kubernetes中，Pod是最小的部署单元。理解Pod的概念对于掌握Kubernetes至关重要。本篇文章将详细解释什么是Kubernetes Pod，并通过现实例子帮助读者更好地理解这一概念。
什么是 Kubernetes Pod？

在了解 Kubernetes Pod 概念之前，先来了解容器
容器，众所周知，是一个自包含的环境，用于打包应用步调及其依赖项。通常，一个容器运行单个历程（只管也有方法可以运行多个历程）。每个容器都有一个IP地址，并且可以附加存储卷以及控制CPU和内存资源等。这些都是通过定名空间和控制组（namespaces and control groups）的概念实现的。
Kubernetes 是一个用于部署、扩展和管理容器化应用步调的容器编排系统，它有本身运行容器的方式，我们称之为 Pod。Pod 是 Kubernetes 中最小的可部署单元，代表一个应用步调的单个实例。
例如，假如你想运行 Nginx 应用步调，你可以将它运行在一个 Pod 中。
那么，Pod 与容器有何不同呢？
容器是一个单独的单位。然而，Pod 可以包含多个容器。你可以将 Pod 想象成一个可以同时容纳一个或多个容器的盒子。
Pod 提供了更高层次的抽象，允许你将多个容器作为一个单元进行管理。在这里，每个容器不再单独得到 IP 地址，而是 Pod 得到一个唯一的 IP 地址，并且运行在 Pod 内的容器通过 localhost 在不同端口上相互连接。

这意味着 Kubernetes Pod 内的容器共享以下内容：

• 网络定名空间：Pod 内的全部容器通过 localhost 进行通信。
  
• IPC 定名空间：全部容器利用共享的历程间通信定名空间。
  
• UTS 定名空间：全部容器共享相同的主机名。
  

Pod 内的容器不共享什么？

• 默认环境下，PID 定名空间不共享，但 Kubernetes 提供选项，通过 shareProcessNamespace 选项在 Pod 内启用历程共享。
  
• 挂载定名空间不在容器之间共享。每个容器都有本身的私有文件系统和目次。然而，Pod 挂载的存储卷在容器之间共享。
  

总的来说，你需要了解以下关于 Pod 的信息：

• Pod 是 Kubernetes 中最小的可部署单元。
  
• Pod 具有短暂性；它们可以被创建、删除和更新。
  
• 一个 Pod 可以有多个容器；没有限制一个 Pod 中可以运行多少个容器。
  
• 每个 Pod 都有一个唯一的 IP 地址。
  
• Pod 之间通过 IP 地址进行通信。
  
• Pod 内的容器利用 localhost 通过不同的端口进行连接。
  
• 在 Pod 内运行的容器应该有不同的端口号，以制止端口冲突。
  
• 你可以为 Pod 内运行的每个容器设置 CPU 和内存资源。
  
• Pod 内的容器共享相同的存储卷挂载。
  
• Pod 内的全部容器都调度到同一个节点上；它不能跨多个节点。
  
• 假如有多个容器，在 Pod 启动期间，全部主要容器并行启动。而 Pod 内的 init 容器按顺序运行。
  

Pod YAML

如今我们已经对 Pod 有了基本的了解，接下来看看怎样定义 Pod。Pod 是原生的 Kubernetes 对象，假如你想创建一个 Pod，需要以 YAML 格式声明 Pod 的需求。你也可以利用 kubectl 命令创建 Pod，这将在后面的主题中介绍。
以下是一个创建 Nginx Web 服务器 Pod 的 Pod YAML 示例。这个 YAML 文件只是一个 Pod 的声明性期望状态。

1. apiVersion: v1
2. kind: Pod
3. metadata:
4.   name: web-server-pod
5.   labels:
6.     app: web-server
7.     environment: production
8.   annotations:
9.     description: This pod runs the web server
10. spec:
11.   containers:
12.   - name: web-server
13.     image: nginx:latest
14.     ports:
15.     - containerPort: 80

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让我们来了解这个 Pod YAML。一旦你理解了基本的 YAML 格式，就会更容易利用 Pod 和相关对象，如 Deployment、DaemonSet、StatefulSet 等。
每个 Kubernetes 对象都有一些通用的参数。这些参数的值会根据我们创建的对象类型而变化。让我们看看 Kubernetes Pod 对象。
参数描述apiVersionpod的API版本。在我们的例子中是v1kind对象类型，这里是Podmetadata元数据用于唯一地标识和描述pod- 标签(表示pod的键值对的集合)。这类似于云环境中的标志。每件物品都必须贴上标准标签。它有助于对对象进行分组。- name (pod的名称) - namespace (pod的定名空间)-注释(key-value格式的附加数据)spec在spec 部分，我们声明pod的所需状态。这些是我们想要在pod中运行的容器的规范。containers在containers下，我们声明pod中容器的所需状态。容器映像、暴露的端口等。 我们如今已经看到了一个基本的Pod YAML清单。需要注意的是，这个清单文件支持许多参数。我们将渐渐探索这些额外的参数与实践的方法。
如今我们对Pod有了一些基本的了解，让我们创建一个Pod。
创建Pod

你可以用两种方法创建pod

• 利用kubectl命令式命令：主要用于学习和测试目的。命令式命令有其自身的局限性。
  
• 声明式方法：利用YAML方式。在开发项目时，YAML清单文件用于部署pods。
  

让我们看看这两个方式。我们将利用以下内容创建一个NGINX pod

• pod的名称是web-server-pod
  
• 它应该有标签:app: web-server和environment: production
  
• 添加一个注释来描述pod。
  
• 利用nginx:1.14.2容器镜像。
  
• 暴露集装箱端口80。
  

方法1:利用Kubectl命令创建Pod

对于讨论的pod需求，这里是kubectl命令。

1. kubectl run web-server-pod \
2.   --image=nginx:1.14.2 \
3.   --restart=Never \
4.   --port=80 \
5.   --labels=app=web-server,environment=production \
6.   --annotations description="This pod runs the web server"

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在这里，pod被部署在默认定名空间中。你可以得到部署的pod kubectl的状态。

1. kubectl get pods

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部署pod后，您将看到pod的运行状态，如下所示。在我们的例子中，pod中只有一个容器。以是它体现1/1停当并运行。

假如你想知道运行pod的全部细节，可以利用kubectl describe pod。

1. kubectl describe pod web-server-pod

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在下面的输出中，你可以看到pod的全部细节。它的IP地址、定名空间、容器细节、QoS类等。

这里是描述命令体现的全部重要pod信息的图形视图。

如今让我们利用以下命令删除pod。

1. kubectl delete pod web-server-pod

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方法2:利用声明式YAML创建Pod

在现实项目中，你将不得不通过声明的方法来创建pods。
让我们看看怎样利用YAML清单文件创建pod。
创建名为nginx的文件。内容如下。

1. apiVersion: v1
2. kind: Pod
3. metadata:
4.   name: web-server-pod
5.   labels:
6.     app: web-server
7.     environment: production
8.   annotations:
9.     description: This pod runs the web server
10. spec:
11.   containers:
12.   - name: web-server
13.     image: nginx:1.14.2
14.     ports:
15.     - containerPort: 80

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如今，要部署清单文件，您需要利用文件名实行以下kubectl命令。

1. kubectl create -f nginx.yaml

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我们应该记住创建YAML时的每个参数吗?不用。你可以利用--dry-run标志创建YAML文件。

1. kubectl run nginx-pod --image=nginx:1.14.2 --dry-run=client -o yaml

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访问在 Pod 中运行的应用步调

如今我们有了一个运行中的pod和Nginx web服务器。整个想法是部署和访问在pod中运行的应用步调。
Kubectl提供了一个port-forward命令来从当地工作站访问Kubernetes集群中运行的pods。
我们有一个名为web-server-pod的运行pod。让我们通过port-forward命令访问它。

如今，假如您打开欣赏器并访问http://localhost:8080，您应该会看到如下所示的Nginx主页。网页由我们的Nginx web服务器pod提供服务。

如今你可以按CTRL+C断开端口转发。
以下是运行kubectl port-forward时发生的环境

• Kubectl绑定当地系统中的指定端口。在我们的例子中是8080。
  
• 然后，它与Kubernetes集群API通信，以创建到所需节点的隧道(单个HTTP连接)，然后到指定的pod和容器端口(80)。
  

   注意:kubectl端口转发更多的是一个调试实用步调。你需要利用Kubernetes服务对象来公开在pod中运行的应用步调。我们将在另一个博客中现实地研究Kubernetes service 的概念。
  访问 Pod Shell

我们已经学习了怎样访问在pod中运行的应用步调。
如今假如你想进入Pod shell怎么办?
有许多用例需要终端访问pod。一个主要用例是调试和故障排除。
这就是kubectl exec命令派上用场的地方。
您可以利用以下命令访问web-server-pod的shell。

1. kubectl exec -it web-server-pod -- /bin/sh

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在下面的输出中，我正在pod内实行whoami命令。

Pod 的生命周期

关于pod你应该知道的另一个重要概念是它的生命周期。
pod通常由ReplicaSet controller、Deployment controller等控制器管理。当您利用YAML创建单个pod时，它不受任何控制器的管理。在这两种环境下，pod都会经历不同的生命周期阶段。
Pod的生命周期包括以下几个阶段：

• Pending：Pod已被Kubernetes API Server接受，但还没有被调度到Node上。
  
• Running：Pod已被调度到Node上，全部容器都已启动。
  
• Succeeded：Pod中的全部容器都正常停止，且不会再被重启。
  
• Failed：Pod中的某个容器意外停止，且不会再被重启。
  
• Unknown：由于某种缘故起因，无法获取Pod的状态。
  

假如你通过kubectl describe pod命令查看Pod的详细信息，你可以看到Pod的状态。这里有一个例子。

Pod 功能

我们已经部署了一个简单的Nginx pod，配置非常少。但是，pod具有许多用于资源管理、配置、机密、可用性、安全性等方面的特性。
假如你是初学者，一次性学习全部这些概念将是多余的。在利用与pod相关的对象(如具有现实用例的Deployment)时，学习全部这些概念更有意义。
别的，您需要通过现实用例详细了解每个特性。
以下是与pod相关的主要特性。

• Resource Requests and Limits: Pod CPU/内存分配
  
• Labels: 附加在pod上的键值对，用于对资源进行分类。
  
• Selectors: 根据标签对资源进行分组。
  
• Liveness, Readiness和Startup Probes: 容器运行状况查抄
  
• ConfigMaps: 用于配置管理
  
• Secrets: 用于机密管理
  
• Volumes: 持久数据存储
  
• Init Containers: 在主容器之前运行的容器。
  
• Ephemeral Containers: 添加到pod中的临时容器，用于调试或故障排除。
  
• Service Account: :用于限制对Kubernetes对象和资源的访问。
  
• SecurityContext： 主机权限和特权。
  
• Affinity and Anti-Affinity Rules: 跨节点的Pod放置控制。
  
• Pod Preemption & Priority: 设置Pod调度和驱逐的优先级。
  
• Pod Disruption Budget: 在自愿中断期间需要运行的Pod副本的最小数目。
  
• Container Life Cycle Hooks:根据pod的生命周期阶段变化实行自定义脚本。
  

全面的 Pod YAML 配置
假如您添加我上面列出的pod特性，您将得到一个全面的pod YAML配置，如下所示。别的，这些选项将与Deployment、Statefulset等对象一起利用。

1. apiVersion: v1
2. kind: Pod
3. metadata:
4.   name: web-server-pod
5. spec:
6.   initContainers:
7.   - name: init-myservice
8.     image: busybox:1.28
9.     command: ['sh', '-c', 'echo "Init container started!"']
10.   containers:
11.   - name: web-server
12.     image: nginx:latest
13.     ports:
14.     - containerPort: 80
15.     volumeMounts:
16.     - name: shared-data
17.       mountPath: /usr/share/nginx/html
18.     - name: secret-volume
19.       mountPath: /etc/my-secret
20.     - name: configmap-volume
21.       mountPath: /etc/config
22.     securityContext:
23.       capabilities:
24.         add: ["NET_ADMIN", "SYS_TIME"]
25.     resources:
26.       requests:
27.         memory: "64Mi"
28.         cpu: "250m"
29.       limits:
30.         memory: "128Mi"
31.         cpu: "500m"
32.     readinessProbe:
33.       httpGet:
34.         path: /index.html
35.         port: 80
36.       initialDelaySeconds: 5
37.       periodSeconds: 5
38.     livenessProbe:
39.       httpGet:
40.         path: /index.html
41.         port: 80
42.       initialDelaySeconds: 15
43.       periodSeconds: 20
44.     startupProbe:
45.       httpGet:
46.         path: /index.html
47.         port: 80
48.       failureThreshold: 30
49.       periodSeconds: 10
50.     lifecycle:
51.       postStart:
52.         exec:
53.           command: ["/bin/sh", "-c", "echo 'PostStart'"]
54.       preStop:
55.         exec:
56.           command: ["/bin/sh", "-c", "echo 'PreStop'"]
57.   serviceAccountName: nginx-service-account   
58.   securityContext:                        
59.     runAsUser: 1000
60.     runAsGroup: 3000
61.     fsGroup: 2000
62.   shareProcessNamespace: true
63.   volumes:
64.   - name: shared-data
65.     emptyDir: {}
66.   - name: secret-volume
67.     secret:
68.       secretName: nginx-secret
69.   - name: configmap-volume
70.     configMap:
71.       name: nginx-configmap

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Pod 关联对象

当谈到在Kubernetes上运行应用步调时，我们不会运行单个pod。因为Kubernetes是关于扩展和维护pod可用性的。
以是假如你运行一个单独的pod，它将是一个单点故障。因为Pod本身不能直接缩放。
正如我们在Kubernetes架构中讨论的那样，我们需要像Replicaset如许的控制器来确保始终运行所需数目的pod。
针对不同的用例，Kubernetes有不同类型的对象与pod相关联。

以下是与pod相关的重要对象：

• Replicaset: 维护一组稳定的pod副本在任何给定时间运行。
  
• Deployment: 运行无状态应用步调，如web服务器、api等
  
• StatefulSets: 运行有状态的应用步调，如分布式数据库。
  
• Daemonsets: 在全部Kubernetes节点上运行署理。
  
• Jobs: 用于批处理
  
• CronJobs: 计划的作业
  

总结

Kubernetes Pod是容器编排的基本单元，包含一个或多个共享网络和存储的容器。通过理解Pod的概念和生命周期，我们可以更有效地在Kubernetes中部署和管理应用。本文通过一个简单的Nginx Pod示例展示了怎样创建和访问Pod，渴望能帮助读者更好地理解Kubernetes Pod的基本原理。
假如你对云原生和Kubernetes感兴趣，欢迎关注我们后续的【云原生|K8S系列】文章。

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