理论部分：K8S中Pod生命周期（包含探针哦）

1 缘起

同事参加定级答辩，被问到探针，
他是后台开发，对于探针的理解没有很深入，
只回答了一些，到这里，我根本不知道探针是啥？
我当时只了解K8S有哪些组件（Ingress、Service、Pod），
以及服务调用链路，还不知道Pod生命周期，
于是，开始针对性补习，查看官网文档https://kubernetes.io/docs/concepts/workloads/pods/pod-lifecycle/，
分享如下。

2 Pod

2.1 Pod lifecycle

Pod遵循定义的生命周期，开始Pod处于Pending阶段，
当至少有一个主容器正常启动时，Pod进入Running阶段，
最后，根据Pod中镜像的最终状态进入到Succeeded或者Failed阶段。
Pod运行的同时，kubelet可以重启容器去处理一些错误。
Pod中，Kubernets追踪不同容器的状态，决定采用何种措施是Pod重新恢复健康。
Kubernets的API中，Pod拥有规范且具体的状态。
Pod对象状态由一系列Pod conditions构成。Pod在其lifetime中只调度一次，
一旦Pod调度（分配）到某个节点，Pod开始运行，直到停止或者终止服务。

2.2 Pod lifetime

与单个应用容器类似，Pod被视为相对短暂（而不是持久）的实体。
Pod创建时分配唯一的ID（UID），调度到节点直到终止（依据重启策略）或者删除。如果节点“死亡”，Pod调度到“死亡”节点在超时后会调度删除。
Pod不会自愈。如果Pod安排到某个节点，然后失败，Pod会被删除；但是，当资源不足或者节点维护时Pod不会继续存活。Kubernates使用更高级别的抽象，称为Controller，用于处理一次性（用完即丢弃）的Pod实例。
一个给定的Pod（UID定义）不会重新调度到不同的节点，但是，Pod可以被新建、几乎相同的Pod代替，即使名称相同，但是UID不同。
当声明某些对象与某个Pod具有相同的lifetime时，如卷（Volume），意味着只要该特定Pod（具有确定的UID）存在，该对象就存在。如果Pod由于某些原因删除，即使替代的Pod已经创建，相关的对象（如卷）同样销毁并重新创建。

2.3 Pod conditions

每个Pod都有PodStatus，该状态有一系列PodConditions，表示Pod是否通过：

• PodScheduled：Pod已调度到某个节点
• ContainerReady：Pod中所有容器均已就绪
• Initialized：所有镜像全部初始化成功
• Ready：Pod可以提供服务，添加到匹配的服务负载均衡池中

Condition属性：

序号	值	描述
1	type	Pod condition名称，PodScheduled、ContainerReady、Initialized、Ready
2	status	表明condition是否可用，可能的值True、False或者Unknown
3	lastProbeTime	Pod condition探测的最后一次时间
4	lastTransitionTime	Pod状态过渡的最后一次时间
5	reason	机器可读、大驼峰文本，表明状态过渡原因
6	message	人类可读信息，表明状态过渡原因

• 样例

kind: Pod
...
spec:
  readinessGates:
    - conditionType: "www.example.com/feature-1"
status:
  conditions:
    - type: Ready                              # a built in PodCondition
      status: "False"
      lastProbeTime: null
      lastTransitionTime: 2018-01-01T00:00:00Z
    - type: "www.example.com/feature-1"        # an extra PodCondition
      status: "False"
      lastProbeTime: null
      lastTransitionTime: 2018-01-01T00:00:00Z
  containerStatuses:
    - containerID: docker://abcd...
      ready: true

2.4 Pod phase

Pods的状态属性是一个PodStatus对象，该对象有phase属性。
Pod阶段是Pod生命周期简单、高级的概括。阶段不是为了全面汇总容器或者Pod状态观测结果，也不是为了成为一个全面的状态机。
Pod阶段可能的值有：Pending、Running、Failed、Succeed、Unknown，
值含义如下所示，
Pod从启动到结束的阶段过程如下图所示。

序号	值	描述
1	Pending	Kubernetes集群已经接受Pod，但是一个或多个容器尚未配置及准备运行。包括通过网络下载镜像消耗的时间、Pod等待调度的时间。
2	Running	Pod已经绑定到节点，所有容器已经创建。至少一个容器持续运行或者正在启动或者重启。
3	Succeeded	Pod中所有容器成功运行，并且没有重启的。
4	Failed	Pod中所有容器都已经终止，至少一个容器终止失败，即容器退出状态非0或者被系统终止
5	Unknown	由于某些原因不能获取Pod状态，这个阶段一般由于Pod与节点通信失败。

3 Container

3.1 重启策略

每个的Pod都有重启策略属性，可能的取值为：Always、OnFailure、或者Never，默认为Always。restartPolicy应用到Pod中所有容器，restartPolicy仅指kubelet在同一节点上重新启动容器。Pod中容器退出后，kubelet以指数后退延迟重启（10秒，20秒40秒，…），上限为5分钟。容器执行10分钟没有任何问题后，kubelet重置该容器的重启回退计时器。

3.2 状态

整个Pod阶段，Kubernetes追踪Pod中每个container状态。
某个容器的生命周期中可以使用容器生命周期钩子触发事件执行。
一旦调度器给Pod分配了节点，kubelet开始使用容器运行时为Pod创建容器，
容器状态有三种：Waiting、Running和Terminated，过程如下图所示，
状态解析如下表所示。

序号	值	描述
1	Waiting	如果容器状态既不是Running又不是Terminated，则是Waiting状态。容器处于Waiting状态表明容器仍在运行，只是需要时间启动，比如从容器镜像注册中心拉取镜像或者应用Secret数据。当使用kubectl查Pod镜像处于Waiting状态是，需要查看为什么Container处于这个状态。
2	Running	处于Running状态的容器表明容器执行正常没有问题。如果配置postStart钩子，则该钩子已经执行并结束。当使用kubectl查询Pod中镜像状态时，结果为Running。
3	Terminated	处于Terminated状态的容器开始执行，之后运行完成或者由于一些原因失败。当使用kubectl查询Pod中容器处于Terminated状态，可以通过容器退出编码以及容器执行开始和结束时间查看原因。如果为容器配置preStop钩子，这个钩子在容器进入Terminated状态前会执行钩子。

3.3 探针

探针是kubelet在容器上定期执行的诊断程序。
探针执行诊断有两种方式：kubelet在容器内执行代码或者发送网络请求执行诊断。
使用探针检测容器有四种不同方式，每个探针必须使用如下四种机制定义：

序号	值	描述
1	exec	在容器内执行具体的命令。诊断成功标志：命令执行退出状态码为0
2	grpc	使用gRPC执行远程程序。诊断成功标志：服务响应为SERVING，gRPC探针是实验功能，只有启动GRPCContainerProbe才可使用
3	httpGet	通过Pod的IP地址和指定的port和path执行HTTP GET请求。诊断成功标志：响应编码范围：[200, 400)
4	tcpSocket	通过Pod的IP和指定的port指定TCP检测。诊断成功标志：端口是开放的

3.3.1 探针outcome

每个探针都有结果，结果有三种，如下表所示：

序号	值	描述
1	Success	容器诊断通过
2	Failure	容器诊断失败
3	Unknown	诊断失败，并且没有进一步动作，需要进一步检查

3.3.2 探针类型

探针有三种类型，livenessProbe（活性探针）、readinessProbe（就绪探针）和startupProbe（启动探针）。
如下表所示。

序号	值	描述
1	livenessProbe	表明容器是否正在运行（Running）。如果活性探针失败，kubelet“杀掉”容器，容器会进入自己的重启策略，如果容器没有提供活性探针，默认状态是Success。
2	readinessProbe	表明容器是否可以响应请求（Ready）。如果就绪探针失败，终端控制器将从所有终端服务中移除匹配的Pod IP地址。初始延迟前就绪的默认状态为Failure，如果容器没有提供就绪探针，默认状态为Success。
3	startupProbe	表明应用的容器是否已经启动（Started）。如果提供启动探针，其他类型的探针在启动探针成功前都是不可用的。如果启动探针失败，kubelet将会“杀掉”容器，容器将执行重启策略，如果容器没有提供启动探针，默认状态为Success。

3.3.2.1 何时使用liveness探针（活性探针）

• 不使用活性探针
  如果容器进程在遇到问题或者变为不健康时可以自行崩溃，不一定需要活性探针，kubelet会自动执行对应的重启策略。
• 使用活性探针
  如果期望当容器重启失败或者被“杀掉”，使用具体的活性探针和具体的重启策略：Always或OnFailure。

3.3.2.2 何时使用readiness探针（就绪探针）

• 使用就绪探针
  如果期望只有探针成功时才向Pod发送流量，请使用就绪探针。这里，就绪探针或许与活性探针一样，但是，就绪探针存在的意义是控制流量进入Pod，只有当探针成功启动后才会将流量放入Pod。
• 使用就绪探针
  如果期望容器可以自由下线维护，可以使用就绪探针，这就是不同于活性探针的地方，下线过程中不会有流量计进入Pod。
• 使用活性探针和就绪探针
  如果应用强依赖后端服务，可以同时使用活性探针和就绪探针。活性探针用于检测服务是否运行，就绪探针检测服务是否可用（获取正常响应），避免流量直接进入Pod，只能获取错误响应。
• 使用就绪探针
  如果容器需要载入大尺寸数据、配置文件或者在启动过程中迁移，可以使用启动探针。然而，如果期望检测应用失败和应用继续处理启动数据的差别时，建议使用就绪探针。

3.3.2.3 何时使用startup探针（启动探针）

• 使用启动探针
  对于启动时间长的容器可以使用启动探针，不是设置较长的活性间隔，容器启动时可以为容器探测分配独立的配置，允许比活性间隔更长。
• 使用启动探针
  如果容器启动时间经常大于initialDelaySeconds+failtureThreshold*periodSeconds，建议使用启动探针，检测终端时具有活性探针的功能。默认的periodSeconds为10秒，设置的failureThreshold应足够大保证容器启动，不需要配置活性探针的默认值，避免死锁，当应用启动后，活性探针才工作。

4 终止Pods服务

因为Pods是运行在集群的节点中，所以，Pods的优雅终止也是非常重要的（当不需要Pod提供服务时，不是强制使用KILL停止服务并且不进行相关清理）。
这个设计是为了相关人员可以请求删除，并且知道何时终止进程，确保完全删除。当请求删除Pod时，集群记录并追踪Pod允许强制删除前的预期宽限期。有了这种强有力的停机跟踪，kubelet尝试优雅地关闭Pod。
通常，容器运行时发送TERM信号到每个容器的主进程。部分容器运行时按照容器镜像定义的STOPSINGAL值替代TERM发送到容器主进程。一旦宽限期过期，KILL信号发送到任意持续运行的进程，之后从API服务删除Pod。如果kubelet或者容器运行时的管理服务等待进程终止时重启，集群会从一开始就重试，包括完整的原始宽限期重试。

5 失败Pod的垃圾回收

对于失败的Pods，API对象在人工处理或者控制器处理移除前会一直存在于集群的。
当Pods的数量超过配置的阈值时，控制面清除终止的Pods（处于Succeeded或Failed阶段），这样操作可以在Pods创建和终止超时避免资源泄露。

6 小结

核心：
（1）Pod阶段可能的值有：Pending、Running、Failed、Succeed、Unkown；
（2）容器状态有三种：Waiting、Running和Terminated；
（3）容器探针有三种类型，livenessProbe（活性探针）、readinessProbe（就绪探针）和startupProbe（启动探针）；
（4）使用探针检测容器有四种不同方式：exec、grpc、httpGet和tcpSocket。