【云原生】Pod 的生命周期（一）

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本篇博客讲述 Pod 的生命周期。 Pod 遵循预定义的生命周期，起始于 Pending 阶段， 如果至少其中有一个主要容器正常启动，则进入 Running，之后取决于 Pod 中是否有容器以失败状态结束而进入 Succeeded 或者 Failed 阶段。

在 Pod 运行期间，kubelet 能够重启容器以处理一些失效场景。 在 Pod 内部，Kubernetes 跟踪不同容器的状态并确定使 Pod 重新变得健康所需要采取的动作。

在 Kubernetes API 中，Pod 包含规约部分和实际状态部分。 Pod 对象的状态包含了一组 Pod 状况（Conditions）。 如果应用需要的话，你也可以向其中注入自定义的就绪态信息。

Pod 在其生命周期中只会被调度一次。 一旦 Pod 被调度（分派）到某个节点，Pod 会一直在该节点运行，直到 Pod 停止或者被终止。

1.Pod 生命期

和一个个独立的应用容器一样，Pod 也被认为是相对临时性（而不是长期存在）的实体。 Pod 会被创建、赋予一个唯一的 ID（UID）， 并被调度到节点，并在终止（根据重启策略）或删除之前一直运行在该节点。

如果一个 节点 死掉了，调度到该节点的 Pod 也被计划在给定超时期限结束后删除。

Pod 自身不具有自愈能力。如果 Pod 被调度到某节点而该节点之后失效， Pod 会被删除；类似地，Pod 无法在因节点资源耗尽或者节点维护而被驱逐期间继续存活。 Kubernetes 使用一种高级抽象来管理这些相对而言可随时丢弃的 Pod 实例， 称作 控制器。

任何给定的 Pod （由 UID 定义）从不会被 重新调度（rescheduled）到不同的节点； 相反，这一 Pod 可以被一个新的、几乎完全相同的 Pod 替换掉。 如果需要，新 Pod 的名字可以不变，但是其 UID 会不同。

如果某物声称其生命期与某 Pod 相同，例如存储卷， 这就意味着该对象在此 Pod （UID 亦相同）存在期间也一直存在。 如果 Pod 因为任何原因被删除，甚至某完全相同的替代 Pod 被创建时， 这个相关的对象（例如这里的卷）也会被删除并重建。

一个包含多个容器的 Pod 中包含一个用来拉取文件的程序和一个 Web 服务器， 均使用持久卷作为容器间共享的存储。

2.Pod 阶段

Pod 的 status 字段是一个 PodStatus 对象，其中包含一个 phase 字段。

Pod 的阶段（Phase）是 Pod 在其生命周期中所处位置的简单宏观概述。 该阶段并不是对容器或 Pod 状态的综合汇总，也不是为了成为完整的状态机。

Pod 阶段的数量和含义是严格定义的。 除了本文档中列举的内容外，不应该再假定 Pod 有其他的 phase 值。

下面是 phase 可能的值：

取值	描述
Pending（悬决）	Pod 已被 Kubernetes 系统接受，但有一个或者多个容器尚未创建亦未运行。此阶段包括等待 Pod 被调度的时间和通过网络下载镜像的时间。
Running（运行中）	Pod 已经绑定到了某个节点，Pod 中所有的容器都已被创建。至少有一个容器仍在运行，或者正处于启动或重启状态。
Succeeded（成功）	Pod 中的所有容器都已成功终止，并且不会再重启。
Failed（失败）	Pod 中的所有容器都已终止，并且至少有一个容器是因为失败终止。也就是说，容器以非 0 状态退出或者被系统终止。
Unknown（未知）	因为某些原因无法取得 Pod 的状态。这种情况通常是因为与 Pod 所在主机通信失败。

当一个 Pod 被删除时，执行一些 kubectl 命令会展示这个 Pod 的状态为 Terminating（终止）。 这个 Terminating 状态并不是 Pod 阶段之一。 Pod 被赋予一个可以体面终止的期限，默认为 30 秒。 你可以使用 --force 参数来强制终止 Pod。

从 Kubernetes 1.27 开始，除了静态 Pod 和没有 Finalizer 的强制终止 Pod 之外，kubelet 会将已删除的 Pod 转换到终止阶段 （Failed 或 Succeeded 具体取决于 Pod 容器的退出状态），然后再从 API 服务器中删除。

如果某节点死掉或者与集群中其他节点失联，Kubernetes 会实施一种策略，将失去的节点上运行的所有 Pod 的 phase 设置为 Failed。

3.容器状态

Kubernetes 会跟踪 Pod 中每个容器的状态，就像它跟踪 Pod 总体上的阶段一样。 你可以使用容器生命周期回调 来在容器生命周期中的特定时间点触发事件。

一旦调度器将 Pod 分派给某个节点，kubelet 就通过容器运行时开始为 Pod 创建容器。容器的状态有三种：Waiting（等待）、Running（运行中）和 Terminated（已终止）。

要检查 Pod 中容器的状态，你可以使用 kubectl describe pod <pod 名称>。 其输出中包含 Pod 中每个容器的状态。

每种状态都有特定的含义：

3.1 Waiting （等待）

如果容器并不处在 Running 或 Terminated 状态之一，它就处在 Waiting 状态。 处于 Waiting 状态的容器仍在运行它完成启动所需要的操作：例如， 从某个容器镜像仓库拉取容器镜像，或者向容器应用 Secret 数据等等。 当你使用 kubectl 来查询包含 Waiting 状态的容器的 Pod 时，你也会看到一个 Reason 字段，其中给出了容器处于等待状态的原因。

3.2 Running（运行中）

Running 状态表明容器正在执行状态并且没有问题发生。 如果配置了 postStart 回调，那么该回调已经执行且已完成。 如果你使用 kubectl 来查询包含 Running 状态的容器的 Pod 时， 你也会看到关于容器进入 Running 状态的信息。

3.3 Terminated（已终止）

处于 Terminated 状态的容器已经开始执行并且或者正常结束或者因为某些原因失败。 如果你使用 kubectl 来查询包含 Terminated 状态的容器的 Pod 时， 你会看到容器进入此状态的原因、退出代码以及容器执行期间的起止时间。

如果容器配置了 preStop 回调，则该回调会在容器进入 Terminated 状态之前执行。

4.容器重启策略

Pod 的 spec 中包含一个 restartPolicy 字段，其可能取值包括 Always、OnFailure 和 Never。默认值是 Always。

restartPolicy 应用于 Pod 中的应用容器和常规的 Init 容器。 Sidecar 容器忽略 Pod 级别的 restartPolicy 字段：在 Kubernetes 中，Sidecar 被定义为 initContainers 内的一个条目，其容器级别的 restartPolicy 被设置为 Always。 对于因错误而退出的 Init 容器，如果 Pod 级别 restartPolicy 为 OnFailure 或 Always， 则 kubelet 会重新启动 Init 容器。

当 kubelet 根据配置的重启策略处理容器重启时，仅适用于同一 Pod 内替换容器并在同一节点上运行的重启。当 Pod 中的容器退出时，kubelet 会按指数回退方式计算重启的延迟（10s、20s、40s、…），其最长延迟为 5 分钟。 一旦某容器执行了 10 分钟并且没有出现问题，kubelet 对该容器的重启回退计时器执行重置操作。 Sidecar 容器和 Pod 生命周期中解释了 init containers 在指定 restartpolicy 字段时的行为。

5.Pod 状况

Pod 有一个 PodStatus 对象，其中包含一个 PodConditions 数组。Pod 可能通过也可能未通过其中的一些状况测试。 Kubelet 管理以下 PodCondition：

• PodScheduled：Pod 已经被调度到某节点；
• PodReadyToStartContainers：Pod 沙箱被成功创建并且配置了网络（Beta 特性，默认启用）；
• ContainersReady：Pod 中所有容器都已就绪；
• Initialized：所有的 Init 容器都已成功完成；
• Ready：Pod 可以为请求提供服务，并且应该被添加到对应服务的负载均衡池中。

字段名称	描述
type	Pod 状况的名称
status	表明该状况是否适用，可能的取值有 “True”、“False” 或 “Unknown”
lastProbeTime	上次探测 Pod 状况时的时间戳
lastTransitionTime	Pod 上次从一种状态转换到另一种状态时的时间戳
reason	机器可读的、驼峰编码（UpperCamelCase）的文字，表述上次状况变化的原因
message	人类可读的消息，给出上次状态转换的详细信息

5.1 Pod 就绪态

特性状态： Kubernetes v1.29 [beta]

你的应用可以向 PodStatus 中注入额外的反馈或者信号：Pod Readiness（Pod 就绪态）。 要使用这一特性，可以设置 Pod 规约中的 readinessGates 列表，为 kubelet 提供一组额外的状况供其评估 Pod 就绪态时使用。

就绪态门控基于 Pod 的 status.conditions 字段的当前值来做决定。 如果 Kubernetes 无法在 status.conditions 字段中找到某状况， 则该状况的状态值默认为 False。

kind: Pod
...
spec:readinessGates:- conditionType: "www.example.com/feature-1"
status:conditions:- type: Ready                              # 内置的 Pod 状况status: "False"lastProbeTime: nulllastTransitionTime: 2018-01-01T00:00:00Z- type: "www.example.com/feature-1"        # 额外的 Pod 状况status: "False"lastProbeTime: nulllastTransitionTime: 2018-01-01T00:00:00ZcontainerStatuses:- containerID: docker://abcd...ready: true
...

你所添加的 Pod 状况名称必须满足 Kubernetes 标签键名格式。

5.2 Pod 就绪态的状态

命令 kubectl patch 不支持修改对象的状态。 如果需要设置 Pod 的 status.conditions，应用或者 Operators 需要使用 PATCH 操作。你可以使用 Kubernetes 客户端库之一来编写代码， 针对 Pod 就绪态设置定制的 Pod 状况。

对于使用定制状况的 Pod 而言，只有当下面的陈述都适用时，该 Pod 才会被评估为就绪：

• Pod 中所有容器都已就绪；
• readinessGates 中的所有状况都为 True 值。

当 Pod 的容器都已就绪，但至少一个定制状况没有取值或者取值为 False， kubelet 将 Pod 的状况设置为 ContainersReady。

5.3 Pod 网络就绪

特性状态： Kubernetes v1.25 [alpha]

说明：在其早期开发过程中，这种状况被命名为 PodHasNetwork。

在 Pod 被调度到某节点后，它需要被 kubelet 接受并且挂载所需的存储卷。 一旦这些阶段完成，Kubelet 将与容器运行时（使用容器运行时接口（Container Runtime Interface，CRI）） 一起为 Pod 生成运行时沙箱并配置网络。如果启用了 PodReadyToStartContainersCondition 特性门控 （Kubernetes 1.30 版本中默认启用）， PodReadyToStartContainers 状况会被添加到 Pod 的 status.conditions 字段中。

当 kubelet 检测到 Pod 不具备配置了网络的运行时沙箱时，PodReadyToStartContainers 状况将被设置为 False。以下场景中将会发生这种状况：

• 在 Pod 生命周期的早期阶段，kubelet 还没有开始使用容器运行时为 Pod 设置沙箱时。
• 在 Pod 生命周期的末期阶段，Pod 的沙箱由于以下原因被销毁时：
  • 节点重启时 Pod 没有被驱逐。
  • 对于使用虚拟机进行隔离的容器运行时，Pod 沙箱虚拟机重启时，需要创建一个新的沙箱和全新的容器网络配置。

在运行时插件成功完成 Pod 的沙箱创建和网络配置后， kubelet 会将 PodReadyToStartContainers 状况设置为 True。 当 PodReadyToStartContainers 状况设置为 True 后， Kubelet 可以开始拉取容器镜像和创建容器。

对于带有 Init 容器的 Pod，kubelet 会在 Init 容器成功完成后将 Initialized 状况设置为 True（这发生在运行时成功创建沙箱和配置网络之后）， 对于没有 Init 容器的 Pod，kubelet 会在创建沙箱和网络配置开始之前将 Initialized 状况设置为 True。

5.4 Pod 调度就绪态

特性状态： Kubernetes v1.26 [alpha]

有关详细信息，请参阅 Pod 调度就绪态。