Cheyne's Blog

深入解析Pod对象（一）：基本概念

Posted at 2025-02-02 Kubernetes 

凡是调度、网络、存储、以及安全相关的属性，基本上是 Pod 级别的。 这些属性的共同特征是，它们描述的是“机器”这个整体，而不是里面运行的“程序”。

接下来，先介绍一下 Pod 中几个重要字段的含义和用法。
NodeSelector：是一个供用户将 Pod 和 Node 进行绑定的字段， 用法如下所示：

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apiVersion: v1
kind: Pod
...
spec:
  nodeSelector:
    disktype: ssd

这样的一个配置，意味着这个 Pod 永远只能运行在携带了 disktype: ssd 标签的节点上；否则，它将调度失败。

NodeName： 一旦 Pod 的这个字段被赋值，Kubernetes 项目就会被认为这个 Pod 已经经过了调度，调度的结果就是赋值的节点名字。所以，这个字段一般由调度器负责设置，但用户也可以设置它来“骗过”调度器，当然这个做法一般是在测试或者调试的时候才会用到。

HostAliases：定义了 Pod 的 hosts 文件（比如 /etc/hosts）里的内容， 用法如下：

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apiVersion: v1
kind: Pod
...
spec:
  hostAliases:
  - ip: "10.1.2.3"
    hostnames:
    - "foo.remote"
    - "bar.remote"
...

在这个 Pod 的 YAML 文件中，我设置了一组 IP 和 hostname 的数据。这样，这个 Pod 启动后，/etc/hosts 文件的内容将如下所示：

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$ cat /etc/hosts
# Kubernetes-managed hosts file
127.0.0.1 localhost
...
10.1.2.3 foo.remote
10.1.2.3 bar.remote

需要指出的是，在 Kubernetes 项目中，如果要设置 hosts 文件中的内容，一定要通过这种方法。否则，如果直接修改了 hosts 文件的话，在 Pod 被删除重建之后，kubelet 会自动覆盖掉被修改的内容。
除了上述跟“机器”相关的配置外，你可能也会发现，凡是跟容器的 Linux Namespace 相关的属性，也一定是 Pod 级别的。 这个原因也很容易理解：Pod 的设计，就是要让它里面的容器尽可能多地共享 Linux Namespace，仅保留必要的隔离和限制能力。这样，Pod 模拟出的效果，就跟虚拟机中程序间的关系非常类似了。
举个例子，在下面这个 Pod 的 YAML 文件中，我定义了 shareProcessNamespace=true：

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apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
spec:
  shareProcessNamespace: true
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
  - name: shell
    image: busybox
    stdin: true
    tty: true

这就意味着这个 Pod 里的容器要共享 PID Namespace。
而在这个 YAML 文件中，我还定义了两个容器：一个是 nginx 容器，一个是开启了 tty 和 stdin 的 shell 容器（等同于设置了 docker run 里的 -it 参数，-i 即 stdin，-t 即 tty）。
在这个 Pod 被创建后，就可以使用 shell 容器的 tty 跟这个容器进行交互了。可以实践一下。

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$ kubectl create -f nginx.yaml

接下来，使用 kubectl attach 命令，连接到 shell 容器的 tty 上：

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$ kubectl attach -it nginx -c shell

这样，我们就可以在 shell 容器里执行 ps 指令，查看所有正在运行的进程：

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$ kubectl attach -it nginx -c shell
/ # ps ax
PID   USER     TIME  COMMAND
    1 root      0:00 /pause
    8 root      0:00 nginx: master process nginx -g daemon off;
   14 101       0:00 nginx: worker process
   15 root      0:00 sh
   21 root      0:00 ps ax

类似地，凡是 Pod 中的容器要共享宿主机的 Namespace，也一定是 Pod 级别的定义， 比如：

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apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
spec:
  hostNetwork: true
  hostIPC: true
  hostPID: true
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
  - name: shell
    image: busybox
    stdin: true
    tty: true

在这个 Pod 中，我定义了共享宿主机的 Network、IPC 和 PID Namespace。这就意味着，这个 Pod 里的所有容器，会直接使用宿主机的网络、直接与宿主机进行 IPC 通信、看到宿主机里正在运行的所有进程。

当然，除了这些属性，Pod 里最重要的字段当属“Containers”了。而在上一篇文章中，我还介绍过“Init Containers”。其实这两个字段都属于 Pod 对容器的定义，内容也完全相同，只是 Init Containers 的生命周期，会先于所有的 Containers，并且严格按照定义的顺序执行。
Kubernetes 项目中对 Container 的定义，和 Docker 相比并没有什么太大区别。不过在这里，还是有几个属性值得你额外关注。
首先是 ImagePullPolicy 字段。 它定义了镜像拉取的策略。而它之所以是一个 Container 级别的属性，是因为容器镜像本来就是 Container 定义中的一部分。ImagePullPolicy 的值默认值是 Always，即每次创建 Pod 都重新拉取一次镜像。另外，当容器的镜像是类似于 nginx 或者 nginx:latest 这样的名字时，ImagePullPolicy 也会被认为 Always。而如果它的值被定义为 Never 或者 IfNotPresent，则意味着 Pod 永远不会主动拉取这个镜像，或者只有宿主机上不存在这个镜像时才拉取。
其次是 Lifecycle 字段。 它定义的是 Container Lifecycle Hooks。顾名思义，Container Lifecycle Hooks 的作用，是在容器状态发生变化时触发一系列“钩子”。来看这样一个例子：

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apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: lifecycle-demo
spec:
  containers:
  - name: lifecycle-demo-container
    image: nginx
    lifecycle:
      poststart:
        exec:
          command: ["/bin/sh", "-c", "echo Hello from the postStart handler > /usr/share/message"]
      preStop:
        exec:
          command: ["/usr/sbin/nginx", "-s", "quit"]

在这个 YAML 文件的容器（Containers）部分，你会看到这个容器分别设置了一个 postStart 和 preStop 参数，这是什么意思呢？
先说说 postStart 吧。它指的是，在容器启动后，立刻执行一个指定的动作。需要明确的是，这里定义的动作虽然是在 Docker 容器 ENTRYPOINT 执行之后，但它并不严格保证顺序。也就是说，有可能在 postStart 执行时，ENTRYPOINT 还没有结束。当然，如果 postStart 执行超时或者错误，Kubernetes 会在该 Pod 的 Events 中报出该容器启动失败的错误信息，导致 Pod 也处于失败状态。
而类似地，preStop 发生的时机，则是容器被杀死之前（比如收到了 SIGKILL 时机）。而需要明确的是，preStop 操作的执行，是同步的。所以，它会阻塞当前的容器杀死进程，直到这个 Hook 定义的操作完成之后，才允许容器被杀死，这跟 postStart 不一样。

在熟悉了 Pod 以及它的 Container 部分的主要字段后，再来看看Pod 对象在 Kubernetes 中的生命周期。
Pod 生命周期的变化，主要体现在 Pod API 对象的 Status 部分，这是它除了 Metadata 和 Spec 之外的第三个重要字段。其中，pod.status.phase，就是 Pod 的当前状态，它有如下几种可能的情况：

1. Pending。这个状态意味着，Pod 的 YAML 文件已经提交给了 Kubernetes，API 对象已经被创建并保存在 Etcd 当中。但是，这个 Pod 里有些容器因为某种原因而不能被顺利创建。比如，调度不成功。
2. Running。这个状态中，Pod 已经调度成功，跟一个具体的节点绑定。它包含的容器都已经创建成功，并且至少有一个正在运行中。
3. Succeeded。这个状态意味着，Pod 里的所有容器都正常运行完毕，并且已经退出了。这种情况在运行一次性任务时最为常见。
4. Failed。这个状态下，Pod 里至少有一个容器以不正常的状态（非 0 的返回码）退出。这个状态的出现，意味着你得想办法 Debug 这个容器的应用，比如查看 Pod 的 Events 和日志。
5. Unknown。这是一个异常状态，意味着 Pod 的状态不能持续地被 kubelet 汇报给 kube-apiserver，这很有可能是主从节点（Master 和 Kubelet）间的通信出现了问题。
   更进一步地，Pod 对象的 Status 字段，还可以再细分出一组 Conditions。这些细分状态的值包括：PodScheduled、Ready、Initialized，以及 Unschedulable。它们主要用于描述造成当前 Status 的具体原因是什么。

   笔者测试时，执行 kubectl describe 指令发现 Conditions 中的状态包括：PodReadyToStartContainers、Initialized、Ready、ContainersReady、PodScheduled。可能是 Kubernetes 后续的版本更新了这部分。

Pod 的这些状态信息，是我们判断应用运行情况的重要标准，尤其是 Pod 进入了非“Running”状态后，你一定要能迅速做出反应，根据它所代表的异常情况开始跟踪和定位，而不是去手忙脚乱地查阅文档。