031.核心组件

一 kubelet概述

1.1 kubelet作用

在Kubernetes集群中,在每个Node(又称Minion)上都会启动一个kubelet服务进程。该进程用于处理Master下发到本节点的任务,管理Pod及Pod中的容器。每个kubelet进程都会在API Server上注册节点自身的信息,定期向Master汇报节点资源的使用情况,并通过cAdvisor监控容器和节点资源。

二 节点管理

节点通过设置kubelet的启动参数“--register-node”,来决定是否向API Server注册自己。如果该参数的值为true,那么kubelet将试着通过API Server注册自己。在自注册时,kubelet启动时还包含下列参数。
  • --api-servers:API Server的位置。
  • --kubeconfig:kubeconfig文件,用于访问API Server的安全配置文件。
  • --cloud-provider:云服务商(IaaS)地址,仅用于公有云环境。
提示:通常可能每个kubelet都被授予创建和修改任何节点的权限。生产环境中,建议kubelet的权限进行限制,仅允许它修改和创建所在节点的权限。
如果在集群运行过程中遇到集群资源不足的情况,用户就很容易通过添加机器及运用kubelet的自注册模式来实现扩容。
在某些情况下,Kubernetes集群中的某些kubelet没有选择自注册模式,用户需要自己去配置Node的资源信息,同时告知Node上Kubelet API Server的位置,需要手动创建和修改节点信息。
如果需要手动创建节点信息,则通过设置kubelet的启动参数“--registernode=false”即可关闭自注册模式。
kubelet在启动时通过API Server注册节点信息,并定时向API Server发送节点的新消息,API Server在接收到这些信息后,将这些信息写入etcd。通过kubelet的启动参数“--node-status-update-frequency”设置kubelet每隔多长时间向API Server报告节点状态,默认为10s。

三 Pod管理

kubelet通过以下几种方式获取自身Node上要运行的Pod清单。
  1. 文件:kubelet启动参数“--config”指定的配置文件目录下的文件(默认目录为“/etc/kubernetes/manifests/”)。通过--file-checkfrequency设置检查该文件目录的时间间隔,默认为20s。
  2. HTTP端点(URL):通过“--manifest-url”参数设置。通过--http-check-frequency设置检查该HTTP端点数据的时间间隔,默认为20s。
  3. API Server:kubelet通过API Server监听etcd目录,同步Pod列表。

所有以非API Server方式创建的Pod都叫作Static Pod。kubelet将Static Pod的状态汇报给API Server,API Server为该Static Pod创建一个Mirror Pod和其相匹配。Mirror Pod的状态将真实反映Static Pod的状态。当Static Pod被删除时,与之相对应的Mirror Pod也会被删除。
对于通过API Server获得Pod清单的方式,kubelet会使用API Server Client的Watch加List的方式监听“/registry/nodes/$”当前节点的名称和“/registry/pods”目录,将获取的信息同步到本地缓存中。
kubelet监听etcd,所有针对Pod的操作都会被kubelet监听。如果发现有新的绑定到本节点的Pod,则按照Pod清单的要求创建该Pod。如果发现本地的Pod被修改,则kubelet会做出相应的修改,比如在删除Pod中的某个容器时,会通过Docker Client删除该容器。
如果发现删除本节点的Pod,则删除相应的Pod,并通过Docker Client删除Pod中的容器。
kubelet读取所监听的信息,如果是创建和修改Pod任务,则做如下处理:
  1. 为该Pod创建一个数据目录。
  2. 从API Server读取该Pod清单。
  3. 为该Pod挂载外部卷(ExternalVolume)。
  4. 下载Pod用到的Secret。
  5. 检查已经运行在节点上的Pod,如果该Pod没有容器或Pause容器(“kubernetes/pause”镜像创建的容器)没有启动,则先停止Pod里所有容器的进程。如果在Pod中有需要删除的容器,则删除这些容器。
  6. 用“kubernetes/pause”镜像为每个Pod都创建一个容器。该Pause容器用于接管Pod中所有其他容器的网络。每创建一个新的Pod,kubelet都会先创建一个Pause容器,然后创建其他容器。“kubernetes/pause”镜像大概有200KB,是个非常小的容器镜像。
  7. 为Pod中的每个容器做如下处理:
    • 为容器计算一个Hash值,然后用容器的名称去查询对应Docker容器的Hash值。若查找到容器,且二者的Hash值不同,则停止Docker中容器的进程,并停止与之关联的Pause容器的进程;若二者相同,则不做任何处理。
    • 如果容器被终止了,且容器没有指定的restartPolicy(重启策略),则不做任何处理。
    • 调用Docker Client下载容器镜像,调用Docker Client运行容器。

四 容器健康检查

4.1 健康检查方法

Pod通过两类探针来检查容器的健康状态,LivenessProbe探针和ReadinessProbe探针。

4.2 LivenessProbe探针

LivenessProbe探针,用于判断容器是否健康并反馈给kubelet。如果LivenessProbe探针探测到容器不健康,则kubelet将删除该容器,并根据容器的重启策略做相应的处理。如果一个容器不包含LivenessProbe探针,那么kubelet认为该容器的LivenessProbe探针返回的值永远是Success。
kubelet定期调用容器中的LivenessProbe探针来诊断容器的健康状况。LivenessProbe包含以下3种实现方式:
  1. ExecAction:在容器内部执行一个命令,如果该命令的退出状态码为0,则表明容器健康。
  2. TCPSocketAction:通过容器的IP地址和端口号执行TCP检查,如果端口能被访问,则表明容器健康。
  3. HTTPGetAction:通过容器的IP地址和端口号及路径调用HTTPGet方法,如果响应的状态码大于等于200且小于等于400,则认为容器状态健康。

LivenessProbe探针被包含在Pod定义的spec.containers.{某个容器}中。
示例1:HTTP检查方式
[root@k8smaster01 study]# vi myweb-liveness.yaml
  1 apiVersion: v1
  2 kind: Pod
  3 metadata:
  4   labels:
  5     test: liveness
  6   name: myweb
  7 spec:
  8   containers:
  9   - name: myweb
 10     image: kubeguide/tomcat-app:v1
 11     ports:
 12     - containerPort: 8080
 13     livenessProbe:
 14       httpGet:
 15         path: /index.html
 16         port: 8080
 17         httpHeaders:
 18         - name: X-Custom-Header
 19           value: Awesome
 20       initialDelaySeconds: 5
 21       timeoutSeconds: 1
 22 #kubelet发送一个HTTP请求到本地主机、端口及指定的路径,来检查容器的健康状态。
示例2:运行一个具体的命令。
[root@k8smaster01 study]# vi myweb-liveness.yaml
  1 apiVersion: v1
  2 kind: Pod
  3 metadata:
  4   labels:
  5     test: liveness
  6   name: myweb
  7 spec:
  8   containers:
  9   - name: myweb
 10     image: kubeguide/tomcat-app:v1
 11     ports:
 12     - containerPort: 8080
 13     livenessProbe:
 14       exec:
 15         command:
 16           - cat
 17           - /tmp/health
 18       initialDelaySeconds: 5
 19       timeoutSeconds: 1
 20 #kubelet在容器中执行“cat /tmp/health”命令,如果该命令返回的值为0,则表明容器处于健康状态,否则表明容器处于不健康状态。

4.3 ReadinessProbe探针

另一类是ReadinessProbe探针,用于判断容器是否启动完成,且准备接收请求。如果ReadinessProbe探针检测到容器启动失败,则Pod的状态将被修改,Endpoint Controller将从Service的Endpoint中删除包含该容器所在Pod的IP地址的Endpoint条目。

五 cAdvisor资源监控

5.1 cAdvisor概览

在Kubernetes集群中,应用程序生命周期内的信息可以在不同的级别上进行监测,如:容器、Pod、Service和整个集群。
Kubernetes尽可能提供用户详细的各个级别的资源使用信息,从而能深入地了解应用的执行情况,并找到应用中可能的瓶颈。
cAdvisor是一个开源的分析容器资源使用率和性能特性的代理工具,它是因为容器而产生的,因此也支持Docker容器。在Kubernetes项目中,cAdvisor被集成到Kubernetes代码中,kubelet则通过cAdvisor获取其所在节点及容器的数据

5.2 cAdvisor原理及作用

cAdvisor自动查找所有在其所在Node上的容器,自动采集CPU、内存、文件系统和网络使用的统计信息。通常cAdvisor通过它所在Node的4194端口暴露一个简单的UI。
kubelet作为连接Kubernetes Master和各Node之间的桥梁,管理运行在Node上的Pod和容器。kubelet将每个Pod都转换成它的成员容器,同时从cAdvisor获取单独的容器使用统计信息,然后通过该REST API暴露这些聚合后的Pod资源使用的统计信息。
cAdvisor只能提供2~3min的监控数据,对性能数据也没有持久化,因此在Kubernetes早期版本中需要依靠Heapster来实现集群范围内全部容器性能指标的采集和查询功能。
从Kubernetes1.8版本开始,性能指标数据的查询接口升级为标准的Metrics API,后端服务则升级为全新的Metrics Server。因此,cAdvisor在4194端口提供的UI和API服务从Kubernetes1.10版本开始进入弃用流程,并于1.12版本完全关闭。
若需要重新启用该服务,可手动部署一个DaemonSet在每个Node上启动一个cAdvisor来提供UI和API,参考:https://github.com/google/cadvisor。
在新的Kubernetes监控体系中,Metrics Server用于提供CoreMetrics(核心指标),包括Node和Pod的CPU和内存使用数据。其他CustomMetrics(自定义指标)则由第三方组件(如Prometheus)采集和存储。

031.核心组件

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