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KUBERNETES

Pod

  • Pod 是一组紧密协同的容器集合，也是 Kubernetes 中的基础调度单元。
  • Pod包含Container。
  • 当 Pod 包含多个容器时，所有容器都运行在同一工作节点上。

必要性

单容器为何不应运行多进程

  • 容器设计初衷是仅运行单个主进程（其派生的子进程除外）。
  • 容器运行时仅在根进程终止时重启容器，对其创建的子进程不作监控。若需维持子进程运行，必须由根进程自行管理。

Pod 如何整合多容器

  • 作用
    • 保留容器的所有特性
    • 允许进程间高效协作
    • 将关联容器作为统一单元管理
  • 共享
    • 命名空间共享机制使得分属不同容器的进程产生"共同运行"的错觉。
  • 独立
    • 每个容器始终拥有独立的 Mount 命名空间（即独立文件系统）。
    • 但当容器需要共享部分文件时，可通过 Pod 级存储卷实现——将同一卷挂载至多个容器。
    • 它们仍保持独立 Mount 命名空间，但能通过共享卷交换数据。

容器编排与 Pod 组织逻辑

多层应用栈的 Pod 拆分实践

若将前后端服务强制置于同一 Pod，会导致：

  • 在双节点集群中，该 Pod 仅能调度至单个节点
  • 第二个节点的计算资源（CPU/内存/存储/带宽）完全闲置
  • 造成硬件资源利用率低下

通过拆分前后端为独立 Pod，Kubernetes 可将其分别调度至不同节点，从而实现资源优化利用。

基于弹性伸缩的拆分策略

  • Pod 不仅是基础部署单元，更是基础伸缩单元。
  • 扩展 Deployment 时 Kubernetes 创建的是完整 Pod 副本，而非单个容器副本。
  • 前后端组件通常具有不同的伸缩需求。

何时应该采用多容器 Pod

  • 仅当应用包含主进程及一个或多个辅助进程时，将多个容器置于同一 Pod 才具有合理性。
  • 运行辅助进程的容器被称为 Sidecar 容器。

举例1

  • 运行 Node.js 应用的容器仅支持 HTTP 协议。若需启用 HTTPS 支持，传统做法是修改 JavaScript 代码。
  • 但更优雅的方案是在 Pod 中新增反向代理容器：
    • 该代理容器将 HTTPS 流量转换为 HTTP 协议
    • 转换后的流量转发至 Node.js 容器
  • 此时 Node.js 容器作为主容器，代理容器则扮演 Sidecar 角色。

举例2

  • Pod 中的主容器运行 Web 服务器，从其 webroot 目录提供文件服务；
  • 同一 Pod 中的辅助容器则作为代理程序，定期从外部数据源下载内容并存储至 Web 服务器的 webroot 目录。
  • 如先前所述，两个容器可通过共享存储卷实现文件交互——webroot 目录正是挂载于此共享卷之上。

容器分组决策指南

在决定采用 Sidecar 模式合并容器还是分设多 Pod 时，请依次思考以下关键问题：

  1. 共置必要性：这些容器是否必须运行于同一节点？
  2. 管理维度：是否需要将它们作为统一单元进行管理？
  3. 架构耦合度：它们是否构成有机整体而非独立组件？
  4. 伸缩一致性：是否需要始终保持同步扩缩容？
  5. 资源可行性：单个节点能否满足它们的合并资源需求？

若以上问题的答案均为肯定，则应将它们合并至同一 Pod。

遵循以下黄金准则：除非存在明确需求，否则默认将容器分置不同 Pod。

与应用程序和 pod 进行交互

  • 从工作节点连接到 Pod
minikube ssh

curl <pod-ip>:<port>
  • 从一次性客户端 pod 连接
  • 通过 kubectl 端口转发连接到 pod
kubectl port-forward <pod-name> <port>

curl localhost:<port>

在 Pod 启动时运行额外的容器

  • 当一个 Pod 包含多个容器时，所有容器都会并行启动。
  • 无法确保一个容器先于另一个容器启动。
  • 初始化容器 - 依次运行，并且必须全部成功完成，Pod 的主容器才能启动。
  • spec.initContainers

初始化容器功能

  • 初始化 pod 主容器使用的卷中的文件。
  • 初始化 Pod 的网络系统。
  • 延迟启动 Pod 的主容器，直到满足某个前提条件。
  • 通知外部服务 Pod 即将启动。

总结

  • Pod 以一组位于同一位置的容器运行一个或多个容器。它们是部署和横向扩展的基本单元。一个典型的容器只运行一个进程。Sidecar 容器是对 Pod 中主容器的补充。
  • 只有当容器必须同时运行时，才应该将它们放在同一个 Pod 中。前端和后端进程应该运行在不同的 Pod 中。这样可以实现对它们的独立扩展。
  • 当 Pod 启动时，其初始化容器会依次运行。当最后一个初始化容器完成后，Pod 的主容器才会启动。您可以使用初始化容器在内部配置 Pod，延迟主容器的启动直到满足某个前提条件，或者通知外部服务 Pod 即将启动。
  • kubectl 工具用于创建 pod、查看其日志、将文件复制到/从其容器复制文件、在这些容器中执行命令以及在开发期间启用与各个 pod 的通信。