k8s 答疑

1 如何修复容器中的 top 指令以及 /proc 文件系统中的信息呢？

这段自问自答的内容解释了如何通过使用 lxcfs 来修复 Docker 容器中 top 指令和 /proc 文件系统中的信息。让我们分步骤来详细说明：

背景信息

在容器化环境中，通常会遇到一个问题，即容器中的一些命令（如 top、ps 等）无法准确反映容器内部的资源使用情况。这是因为这些命令依赖于 /proc 文件系统，而 /proc 文件系统默认显示的是宿主机的系统信息，而不是容器的。

问题描述

在容器中运行 top 指令，可能会看到宿主机的所有进程和资源使用情况，而不是仅限于该容器内的进程。这会导致对容器内实际资源使用情况的误解。

解决方案：lxcfs

lxcfs 是一个用户空间的文件系统，它能够为容器提供虚拟化的 /proc 文件系统，从而显示正确的容器内资源使用信息。

步骤说明

1. 安装 lxcfs

   • 在宿主机上安装 lxcfs。可以使用包管理器安装，如 apt 或 yum。

   sudo apt-get install lxcfs
   

2. 挂载 lxcfs 文件系统

   • 在宿主机上，将 lxcfs 挂载到 /var/lib/lxcfs 目录下。

   sudo mkdir -p /var/lib/lxcfs
   sudo lxcfs /var/lib/lxcfs
   

3. 修改 Docker 容器的 /proc 挂载点

   • 启动 Docker 容器时，将宿主机的 /var/lib/lxcfs/proc 挂载到容器的 /proc 目录下。这可以通过 Docker 的 --volume 或 -v 参数实现。

   docker run -it --volume /var/lib/lxcfs/proc:/proc ubuntu
   

4. 验证结果

   • 进入容器后，运行 top 或 ps 等命令，应该能够看到容器内部的进程和资源使用情况，而不是宿主机的。

   docker exec -it <container_id> /bin/bash
   top
   

总结

通过上述步骤，使用 lxcfs 可以有效地虚拟化 /proc 文件系统，使得容器内部的命令（如 top）能够准确地反映容器的资源使用情况，而不是宿主机的。这在需要监控和管理容器资源时非常有用。

2. 既然容器的 rootfs（比如，Ubuntu 镜像），是以只读方式挂载的，那么又如何在容器里修改 Ubuntu 镜像的内容呢？（提示：Copy-on-Write）

这段自问自答解释了如何在容器中修改Ubuntu镜像的内容，尽管容器的root文件系统（rootfs）是以只读方式挂载的。关键点在于“联合文件系统”和“写时复制（Copy-on-Write）”机制。下面是详细解释：

联合文件系统（UnionFS）

联合文件系统是一种可以将多个目录联合挂载为一个文件系统的技术。Docker使用这种技术来管理镜像和容器的文件系统。典型的联合文件系统包括AUFS、OverlayFS等。

写时复制（Copy-on-Write）

写时复制（Copy-on-Write, CoW）是联合文件系统中的一个核心概念。当你在一个容器中修改文件时，实际的修改并不会直接作用于只读层的镜像文件。相反，修改会被写入一个新的可读写层。这种机制保证了原始镜像层的只读特性，同时允许在容器中进行修改。

具体实现步骤

1. 镜像层次结构

   • Docker镜像由多个只读层组成。这些层次结构通过联合文件系统组合在一起，形成一个完整的文件系统视图。
   • 当你启动一个容器时，Docker会在这些只读层之上添加一个可读写层。这一层被称为容器的“可读写层”。

2. 查找和复制

   • 当你在容器中修改文件时，联合文件系统会从上到下查找该文件。
   • 如果在只读层中找到该文件，联合文件系统会将这个文件复制到容器的可读写层。
   • 所有的修改操作都发生在这个可读写层中。这样，修改后的文件会屏蔽掉下层的原始文件。

3. 示例

   • 假设你有一个包含Ubuntu基础镜像的容器，你想修改 /etc/hosts 文件。
   • 当你尝试修改 /etc/hosts 文件时，联合文件系统会检查上层的可读写层。如果该文件不存在，它会从只读层中复制该文件到可读写层。
   • 然后，所有的修改操作都在可读写层的 /etc/hosts 文件上进行。下次访问该文件时，系统会优先使用可读写层中的版本，从而屏蔽掉只读层中的原始文件。

3. 你在查看 Docker 容器的 Namespace 时，是否注意到有一个叫 cgroup 的 Namespace？它是 Linux 4.6 之后新增加的一个 Namespace，你知道它的作用吗？

Linux Namespace 提供内核级别的资源隔离，主要用于容器化技术，确保进程、网络、文件系统等资源的隔离。
Kubernetes Namespace 提供集群级别的逻辑资源隔离，主要用于资源管理和组织，支持多租户环境和资源配额管理。

Cgroup（控制组）

Cgroup是Linux内核提供的一种机制，用于限制、记录和隔离进程组（即控制组）的资源使用情况，例如CPU、内存、I/O等。Cgroup在容器技术中广泛使用，用于确保容器间的资源隔离和限制。

问题描述

在没有Cgroup Namespace之前，如果你在一个容器中查看 /proc/$PID/cgroup 文件，会看到整个宿主机的cgroup信息。这意味着容器中的进程可以看到宿主机上所有进程的cgroup层次结构和配置信息，这可能带来安全和隔离问题。

Cgroup Namespace的作用

Cgroup Namespace是Linux内核4.6引入的新特性，允许cgroup的层次结构和配置信息在不同的Namespace中进行隔离。具体来说：

• 每个容器会有自己的Cgroup Namespace。
• 在容器中查看 /proc/$PID/cgroup 文件时，只能看到该容器内部的cgroup信息，而看不到宿主机的cgroup信息。
• 这增强了容器的隔离性和安全性，使得容器进程只能操作和查看属于自己的cgroup层次结构。

示例说明

假设你有一个运行在Linux 4.6及以上内核的Docker容器。以下是使用Cgroup Namespace的具体效果：

1. 启动一个容器

   docker run -it ubuntu /bin/bash
   

2. 在容器中查看cgroup信息

   cat /proc/$$/cgroup
   

   在启用Cgroup Namespace的情况下，你会看到的cgroup信息只包含当前容器的层次结构，而不是整个宿主机的。

1. 两者的联系与区别
   lxcfs 是用户空间的解决方案，通过挂载特定的虚拟文件系统来提供隔离后的 /proc 和 /sys/fs/cgroup 信息，使得容器内的 top 命令等工具能显示准确的资源使用情况。
   Cgroup Namespace 是内核级的隔离机制，确保容器内的进程只能看到自身的Cgroup信息，而非宿主机的。
2. 是否 Cgroup Namespace 没有起作用？
   Cgroup Namespace 在内核级别隔离Cgroup信息，提供了一层基础的隔离。但是，容器中的一些工具和命令（如 top）仍可能依赖于 /proc 文件系统中的信息来显示资源使用情况。由于 /proc 文件系统的复杂性和历史原因，单纯依靠Cgroup Namespace可能无法完全解决所有工具显示不准确的问题。

4. Kubernetes 使用的这个“控制器模式”，跟我们平常所说的“事件驱动”，有什么区别和联系吗？

控制器模式

控制器模式是一种设计模式，广泛应用于Kubernetes的架构中。控制器的主要作用是确保集群的实际状态与期望状态保持一致。

• 持续监控：控制器持续监控某些资源（如Pods、Deployments等）的状态。
• 状态调和：如果资源的实际状态与期望状态不一致，控制器会执行相应的操作进行调和（reconciliation），以使实际状态符合期望状态。

关键点

• 状态持续查询：控制器会定期查询资源的状态，以确保能够捕捉到所有状态变化。
• 一致性保证：即使控制器错过了某些事件，由于其持续监控和调和机制，最终还是会发现和处理这些状态变化。

事件驱动

事件驱动是一种编程范式，其中系统通过响应事件（如用户操作、消息到达等）来驱动行为。

• 事件响应：系统对特定事件（如资源创建、更新、删除）做出反应。
• 一次性通知：事件驱动系统在事件发生时发出通知，如果监听器在事件发生时未能接收到通知，可能会错过该事件。

关键点

• 事件触发：系统在事件发生时生成通知。
• 瞬时性：如果监听器错过了事件通知，可能无法知道事件的发生。

控制器模式与事件驱动的区别与联系

1. 监听机制

   • 控制器模式：持续监听资源的状态变化，并进行定期查询和调和。即使错过某些状态变化，由于持续监控机制，控制器最终还是会捕捉到并处理。
   • 事件驱动：依赖于事件通知。事件发生时生成一次性通知，如果监听器未能在事件发生时接收到通知，可能会错过事件。

2. 状态一致性

   • 控制器模式：通过持续监控和状态调和机制，保证资源状态的一致性，即使错过事件通知也能恢复。
   • 事件驱动：不保证状态的一致性，主要依赖于事件通知的及时性。

3. 实现方式

   • 控制器模式：在Kubernetes中，控制器通过与API Server进行持续交互，查询资源状态，并根据需要进行调和。
   • 事件驱动：系统通过事件通知机制（如消息队列、回调函数等）响应事件。

举例说明

控制器模式在Kubernetes中的应用：

• Deployment控制器：持续监控Pods的状态，确保与期望状态一致。如果某个Pod意外退出，控制器会发现并创建新的Pod以维持期望的副本数。

事件驱动系统的应用：

• 消息队列系统：当消息到达时触发消费者处理消息。如果消费者在消息到达时未能接收到通知，可能会错过该消息。

总结

• 控制器模式强调持续监控和状态调和，保证资源状态的一致性，即使错过事件也能恢复。
• 事件驱动强调对事件的及时响应，事件通知是一次性的，错过通知可能会导致状态不一致。

5. 在实际场景中，有一些分布式应用的集群是这么工作的：当一个新节点加入到集群时，或者老节点被迁移后重建时，这个节点可以从主节点或者其他从节点那里同步到自己所需要的数据。在这种情况下，你认为是否还有必要将这个节点 Pod 与它的 PV 进行一对一绑定呢？

在分布式系统中，节点加入