Kubernetes对象之Pod

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Pod是Kubernetes调度的最小单元。一个Pod可以包含一个或多个容器，因此它可以被看作是内部容器的逻辑宿主机。Pod的设计理念是为了支持多个容器在一个Pod中共享网络和文件系统 因此处于一个Pod中的多个容器共享以下资源：

PID命名空间：Pod中不同的应用程序可以看到其他应用程序的进程ID。
network命名空间：Pod中多个容器处于同一个网络命名空间，因此能够访问的IP和端口范围都是相同的。也可以通过localhost相互访问。
IPC命名空间：Pod中的多个容器共享Inner-process Communication命名空间，因此可以通过SystemV IPC或POSIX进行进程间通信。

UTS命名空间：Pod中的多个容器共享同一个主机名。
Volumes：Pod中各个容器可以共享在Pod中定义分存储卷（Volume）。

Pod，容器与Node（工作主机）之间的关系如下图所示：

1. Pod的定义

通过yaml文件或者json描述Pod和其内容器的运行环境和期望状态，例如一个最简单的运行nginx应用的pod，定义如下：

apiVersion: v1

kind: Pod

metadata:

  name: nginx

  labels:

    app: nginx

spec:

  containers:

  - name: nginx

    image: nginx

    ports:

    - containerPort: 80

在生产环境中，推荐使用诸如Deployment，StatefulSet，Job或者CronJob等控制器来创建Pod，而不是直接创建。

将上述pod描述文件保存为nginx-pod.yaml，使用kubectl apply命令运行pod

kubectl apply -f nginx-pod.yaml

下面简要分析一下上面的Pod定义文件：

apiVersion：使用哪个版本的Kubernetes API来创建此对象
kind：要创建的对象类型，例如Pod，Deployment等
metadata：用于唯一区分对象的元数据，包括：name，UID和namespace
labels：是一个个的key/value对，定义这样的label到Pod后，其他控制器对象可以通过这样的label来定位到此Pod，从而对Pod进行管理。（参见Deployment等控制器对象）

spec：其它描述信息，包含Pod中运行的容器，容器中运行的应用等等。不同类型的对象拥有不同的spec定义。详情参见API文档：https://kubernetes.io/docs/reference/generated/kubernetes-api/v1.9/

Kubernetes在每个Pod启动时，会自动创建一个镜像为gcr.io/google_containers/pause:version的容器，所有处于该Pod中的容器在启动时都会添加诸如--net=container:pause --ipc=contianer:pause --pid=container:pause的启动参数，因此pause容器成为Pod内共享命名空间的基础。所有容器共享pause容器的IP地址，也被称为Pod IP。

如果我们希望从外部访问这nginx应用，那么我们还需要创建Service对象来暴露IP和port。

2. Pod的生命周期

Pod的生命周期是Replication Controller进行管理的。一个Pod的生命周期过程包括：

通过yaml或json对Pod进行描述
apiserver（运行在Master主机）收到创建Pod的请求后，将此Pod对象的定义存储在etcd中
scheduler（运行在Master主机）将此Pod分配到Node上运行
Pod内所有容器运行结束后此Pod也结束

在整个过程中，Pod通常处于以下的五种阶段之一：

Pending：Pod定义正确，提交到Master，但其所包含的容器镜像还未完全创建。通常，Master对Pod进行调度需要一些时间，Node进行容器镜像的下载也需要一些时间，启动容器也需要一定时间。（写数据到etcd，调度，pull镜像，启动容器）。
Running：Pod已经被分配到某个Node上，并且所有的容器都被创建完毕，至少有一个容器正在运行中，或者有容器正在启动或重启中。
Succeeded：Pod中所有的容器都成功运行结束，并且不会被重启。这是Pod的一种最终状态
Failed：Pod中所有的容器都运行结束了，其中至少有一个容器是非正常结束的（exit code不是0）。这也是Pod的一种最终状态。
Unknown：无法获得Pod的状态，通常是由于无法和Pod所在的Node进行通信。

2.1 Restart policy

定义Pod时，可以指定restartPolicy字段，表明此Pod中的容器在何种条件下会重启。restartPolicy拥有三个候选值：

Always：只要退出就重启
OnFailure：失败退出时（exit code不为0）才重启
Never：永远不重启

2.2 通过controller管理Pod

Pod本身不具备容错性，这意味着如果Pod运行的Node宕机了，那么该Pod无法恢复。因此推荐使用Deployment等控制器来创建Pod并管理。

一般来说，Pod不会自动消失，只能手动销毁或者被预先定义好的controller销毁。但有一种特殊情况，当Pod处于Succeeded或Failed阶段，并且超过一定时间后（由master决定），会触发超时过期从而被销毁。

总体上来说，Kubernetes中拥有三种类型的controller：

Job。通常用于管理一定会结束的Pod。如果希望Pod被Job controller管理，那么restartPolicy必须指定为OnFailure或Never。
ReplicationController，ReplicaSet和Deployment。用于管理永远处于运行状态的Pod。如果希望Pod被此类controller管理，那么restartPolicy必须指定为Always。
DaemonSet。它能够保证你的Pod在每一台Node都运行一个副本。