本文讲的是DockOne微信分享（一三六）：Kubernetes健康检查策略【编者的话】业务的正常是第一优先保障，所以健康检查是一个重要能力。Kubernetes作为容器编排平台，对于容器以及容器所承载的业务，需要保证其健康，并且在异常情况下能够进行处理。这次分享将讨论Kubernetes的健康检查策略。
【烧脑式Kubernetes实战训练营】本次培训理论结合实践，主要包括：Kubernetes架构和资源调度原理、Kubernetes DNS与服务发现、基于Kubernetes和Jenkins的持续部署方案 、Kubernetes网络部署实践、监控、日志、Kubernetes与云原生应用、在CentOS中部署Kubernetes集群、Kubernetes中的容器设计模式、开发Kubernetes原生应用步骤介绍等。
在使用docker run运行容器的时候，首先会下载容器镜像。下载成功后运行容器，当容器运行结束退出后（包括正常和异常退出），容器终止，这是一个容器的生命周期过程。相应的，Kubernetes中对于Pod中的容器进行了状态的记录，其中每种状态下包含的信息如下所示。
Pod的生命周期可以简单描述为：首先Pod被创建，紧接着Pod被调度到Node进行部署运行。Pod是非常忠诚的，一旦被分配到Node后，就不会离开这个Node，直到它被删除，生命周期完结。
Pod的生命周期被定义为以下几个阶段。
Pod被创建成功后，首先会进入Pending阶段，然后被调度到Node后运行，进入Running阶段。如果Pod中的容器停止（正常或者异常退出），那么Pod根据重启策略的不同会进入不同的阶段，举例如下。
一旦被分配到Node，Pod就不会离开这个Node，直到被删除。删除可能是人为地删除，或者被Replication Controller删除，也有可能是当Pod进入Succeeded 或者Failed 阶段过期，被Kubernetes清理掉。总之Pod被删除后，Pod的生命周期就算结束，即使被Replication Controller进行重建，那也是新的Pod，因为Pod的ID已经发生了变化，所以实际上Pod迁移，准确的说法是在新的Node上重建Pod。
除此之外，有的应用启动后需要进行一系列初始化处理，在初始化完成之前应用是无法正常处理请求的。如果应用初始化需要较长时间，而实际上容器创建的时间是可以忽略不计的。
默认情况下，Kubernetes发现容器创建成功并运行，就会认为其准备就绪，真实情况是容器里的应用可能还处于初始化阶段，无法正常接受请求。如果用户访问就会得到错误响应，这不是我们希望看到的情况。同样的，我们需要更加精确的检查机制来判断Pod和容器是否准备就绪，从而让Kubernetes判断是否分发请求给Pod。
针对这些需求，Kubernetes中提供了Probe机制，有以下两种类型的Probe。
Probe支持以下三种检查方法。
示例：
示例：
示例：
Supervisor 是由 Python 语言编写、基于 Linux 操作系统的一款服务器管理工具，用于监控服务器的运行，发现问题能立即自动预警及自动重启等。在Linux系统启动之后，第一个启动的用户态进程是/sbin/init ，它的PID是1，其余用户态的进程都是init进程的子进程。Supervisor在docker容器里面充当的就类似init进程的角色，其它的应用进程都是Supervisor进程的子进程。
Supervisor维护着进程的状态机，并且支持着丰富的重启策略。
这样一来当进程退出的时候，我们可以利用Supervisor去重启进程，并且当进程已经无法正常运行的时候，还可以保留容器现场，方便登录容器进行问题定位。要注意的是我们使用Supervisor的初衷并不是去支持一个容器运行多个进程，本质上我们要求一个容器只运行一个应用进程（比如Tomcat），然后可以运行几个附属进程（crontab、rsyslog）。
另外当应用异常的时候，更重要的是要能够快速恢复。这时候我们就要利用Kubernetes的Readiness Probe去对Pod进行健康检查，检查的维度最好是以上层业务的健康性为标准，比如业务提供健康状态的Restful API /health。
当Readiness Probe检查失败的时候，Pod就设置为NotReady状态，为了保证业务是不中断的，我们可以新建一个Pod出来顶替，当然如果新建的Pod仍是异常，就没必要一直新建了。
整体来说利用Supervisor和Kubernetes Readiness Probe来优化问题排查的支持，逻辑图：
【烧脑式Kubernetes实战训练营】本次培训理论结合实践，主要包括：Kubernetes架构和资源调度原理、Kubernetes DNS与服务发现、基于Kubernetes和Jenkins的持续部署方案 、Kubernetes网络部署实践、监控、日志、Kubernetes与云原生应用、在CentOS中部署Kubernetes集群、Kubernetes中的容器设计模式、开发Kubernetes原生应用步骤介绍等。
Kubernetes的监控检查支持
在Kubernetes中Pod是最核心的概论，Pod是一个或者多个容器的组合，Pod包含的容器运行在同一台宿主机上，这些容器使用相同的网络命名空间、IP地址和端口，相互之间能通过localhost来发现和通信。另外，这些容器还可共享一块存储卷空间。在Kubernetes中创建、调度和管理的最小单位是Pod，而不是容器，Pod通过提供更高层次的抽象，提供了更加灵活的管理模式，但是同时也增加了健康检查的复杂性。Pod的生命周期管理
Kubernetes提供了一整套对于Pod的状态机制和生命周期管理，Pod的本质是一组容器，Pod的状态便是容器状态的体现和概括，同时容器的状态变化会影响Pod的状态变化，触发Pod的生命周期阶段转换。在使用docker run运行容器的时候，首先会下载容器镜像。下载成功后运行容器，当容器运行结束退出后（包括正常和异常退出），容器终止，这是一个容器的生命周期过程。相应的，Kubernetes中对于Pod中的容器进行了状态的记录，其中每种状态下包含的信息如下所示。
- Waiting：容器正在等待创建，比如正在下载镜像。
- Running：容器已经创建，并且正在运行。
- Terminated：容器终止退出。
Pod的生命周期可以简单描述为：首先Pod被创建，紧接着Pod被调度到Node进行部署运行。Pod是非常忠诚的，一旦被分配到Node后，就不会离开这个Node，直到它被删除，生命周期完结。
Pod的生命周期被定义为以下几个阶段。
- Pending：Pod已经被创建，但是一个或者多个容器还未创建，这包括Pod调度阶段，以及容器镜像的下载过程。
- Running：Pod已经被调度到Node，所有容器已经创建，并且至少一个容器在运行或者正在重启。
- Succeeded：Pod中所有容器正常退出。
- Failed：Pod中所有容器退出，至少有一个容器是一次退出的。
Pod被创建成功后，首先会进入Pending阶段，然后被调度到Node后运行，进入Running阶段。如果Pod中的容器停止（正常或者异常退出），那么Pod根据重启策略的不同会进入不同的阶段，举例如下。
Pod是Running阶段，含有一个容器，容器正常退出： 如果重启策略是Always，那么会重启容器，Pod保持Running阶段。 如果重启策略是OnFailure，Pod进入Succeeded阶段。 如果重启策略是Never，Pod进入Succeeded阶段。
Pod是Running阶段，含有一个容器，容器异常退出： 如果重启策略是Always，那么会重启容器，Pod保持Running阶段。 如果重启策略是OnFailure，Pod保持Running阶段。 如果重启策略是Never，Pod进入Failed阶段。
Pod是Running阶段，含有两个容器，其中一个容器异常退出： 如果重启策略是Always，那么会重启容器，Pod保持Running阶段。 如果重启策略是OnFailure，Pod保持Running阶段。 如果重启策略是Never，Pod保持Running阶段。
Pod是Running阶段，含有两个容器，两个容器都异常退出： 如果重启策略是Always，那么会重启容器，Pod保持Running阶段。 如果重启策略是OnFailure，Pod保持Running阶段。 如果重启策略是Never，Pod进入Failed阶段。
一旦被分配到Node，Pod就不会离开这个Node，直到被删除。删除可能是人为地删除，或者被Replication Controller删除，也有可能是当Pod进入Succeeded 或者Failed 阶段过期，被Kubernetes清理掉。总之Pod被删除后，Pod的生命周期就算结束，即使被Replication Controller进行重建，那也是新的Pod，因为Pod的ID已经发生了变化，所以实际上Pod迁移，准确的说法是在新的Node上重建Pod。
健康检查Probe机制
对于Pod是否健康，即Pod中的容器是否健康，默认情况下只是检查容器是否正常运行。但有时候容器正常运行不代表应用健康，有可能应用的进程已经阻塞住无法正常处理请求，所以为了提供更加健壮的应用，往往需要定制化的健康检查。除此之外，有的应用启动后需要进行一系列初始化处理，在初始化完成之前应用是无法正常处理请求的。如果应用初始化需要较长时间，而实际上容器创建的时间是可以忽略不计的。
默认情况下，Kubernetes发现容器创建成功并运行，就会认为其准备就绪，真实情况是容器里的应用可能还处于初始化阶段，无法正常接受请求。如果用户访问就会得到错误响应，这不是我们希望看到的情况。同样的，我们需要更加精确的检查机制来判断Pod和容器是否准备就绪，从而让Kubernetes判断是否分发请求给Pod。
针对这些需求，Kubernetes中提供了Probe机制，有以下两种类型的Probe。
- Liveness Probe：用于容器的自定义健康检查，如果Liveness Probe检查失败，Kubernetes将杀死容器，然后根据Pod的重启策略来决定是否重启容器。
- Readiness Probe：用于容器的自定义准备状况检查，如果Readiness Probe检查失败，Kubernetes将会把Pod从服务代理的分发后端移除，即不会分发请求给该Pod。
Probe支持以下三种检查方法。
- ExecAction：在容器中执行指定的命令进行检查，当命令执行成功（返回码为0），检查成功。
示例：
exec: command: - cat - /tmp/health
- TCPSocketAction：对于容器中的指定TCP端口进行检查，当TCP端口被占用，检查成功。
示例：
tcpSocket: port: 8080
- HTTPGetAction: 发生一个HTTP请求，当返回码介于200~400之间时，检查成功。
示例：
httpGet: path: /healthz port: 8080
结合Supervisor优化问题排查
一般情况下我们是一个容器运行一个进程，即将应用进程的启动命令作为容器的CMD，这样一来当应用进程退出的时候，容器也就退出，可以第一时间发现异常，我们是统一设置 Pod中容器的重启策略为Always， Kubernetes中重启就是重新创建容器，毕竟新建一个容器的成本很低。所以当容器退出的时候，Kubernetes就会重建容器，这样一来就无法查看应用的第一事发现场，因为旧的容器已经被停止了，极端情况下，容器一直在重建，根本无法登陆到容器去排除；因此，我们希望对容器内应用的健康进行监控，并且根据监控情况，做出保留故障现场和故障恢复等策略，为此我们考虑结合Supervisor进行优化。Supervisor 是由 Python 语言编写、基于 Linux 操作系统的一款服务器管理工具，用于监控服务器的运行，发现问题能立即自动预警及自动重启等。在Linux系统启动之后，第一个启动的用户态进程是/sbin/init ，它的PID是1，其余用户态的进程都是init进程的子进程。Supervisor在docker容器里面充当的就类似init进程的角色，其它的应用进程都是Supervisor进程的子进程。
Supervisor维护着进程的状态机，并且支持着丰富的重启策略。
- autostart=true; 如果是true的话，子进程将在supervisord启动后被自动启动默认就是true 。
- autorestart=unexpected; 这个是设置子进程挂掉后自动重启的情况，有三个选项，false、unexpected和true。如果为false的时候，无论什么情况下，都不会被重新启动，如果为unexpected，只有当进程的退出码不在下面exitcodes里面定义的退出码的时候，才会被自动重启。当为true的时候，只要子进程挂掉，将会被无条件的重启 startsecs=1; 这个选项是子进程启动多少秒之后，此时状态如果是running，则我们认为启动成功了。
- startretries=3; 当进程启动失败后，最大尝试启动的次数。。当超过次数后，supervisor将把此进程的状态置为FAIL
- exitcodes=0,2; 和autorestart=unexpected对应。exitcodes里面的定义的退出码是expected的。
这样一来当进程退出的时候，我们可以利用Supervisor去重启进程，并且当进程已经无法正常运行的时候，还可以保留容器现场，方便登录容器进行问题定位。要注意的是我们使用Supervisor的初衷并不是去支持一个容器运行多个进程，本质上我们要求一个容器只运行一个应用进程（比如Tomcat），然后可以运行几个附属进程（crontab、rsyslog）。
另外当应用异常的时候，更重要的是要能够快速恢复。这时候我们就要利用Kubernetes的Readiness Probe去对Pod进行健康检查，检查的维度最好是以上层业务的健康性为标准，比如业务提供健康状态的Restful API /health。
当Readiness Probe检查失败的时候，Pod就设置为NotReady状态，为了保证业务是不中断的，我们可以新建一个Pod出来顶替，当然如果新建的Pod仍是异常，就没必要一直新建了。
整体来说利用Supervisor和Kubernetes Readiness Probe来优化问题排查的支持，逻辑图：
Q&A
Q：请问Pod的状态是crashbackoff 除了下载镜像失败有哪些可能？ 下载的镜像能否指定registry？ pod如果有一个容器是exit 0， 那是否就是您之前提到的succeed? 使用livenessProbe检测失败的是failed还是crashbackoff？A：Crashbackoff大部分情况下是容器的启动命令失败，比如tomcat启动失败了，初学者比较容器犯的错误是CMD的命令是一个非阻塞命令，这样容器一运行就马上退出了。下载的镜像可以指定registry，根据镜像的命令来的，比如 test.registry.com/image:version。容器exit 0了，得根据重启策略来判断。而livenessProbe检测是业务层面的检测。Q：请问readinessProbe检测失败后，是手动Scale添加Pod确保业务稳定还是可以在ReplicationController的yaml里面定义？
A：这部分 Kubernetes并不支持，是我们自己准备开发的功能。就是发现Pod NotReady后，一来保留问题容器，二来新增一个Pod顶替。Q：请问Supervisord是手动在Pod里面的容器里面添加么？ 还是有专门的镜像已经自带？谢谢！ 容器出错后收集的现场信息都保存在哪里？
A：Supervisord就安装到容器里面就行了，比如我们是CentOS基础镜像，然后yum install即可。当进程异常的时候，Supervisord可以重启进程并且保证容器不会退出，这样一来就可以登录到容器里面排查问题，信息的话根据组件的情况来定了。Q：请问，如果一个deployment有三个副本，分别部署再三个Node上，当其中一个Node宕机了，这时候对应的service中的endpoint更新需要一定的时间，用户在这个时间段访问就会有1/3的错误可能，这种情况怎么办？
A：当Pod异常的时候，比如是NotReady，Service的endpoint了马上就会剔除这个Pod了。Kubernetes的实现都是实时watch的。Q：保留容器现场如果造成多个僵尸容器怎么办？
A：当Pod NotReady的时候，新建Pod顶替，新建的Pod也异常的话，就不能一直重建。然后定位完成后，只能手动去清理Pod了。Q：用Supervisor来启动服务，应用的日志是打到指定的目录的还是直接std输出然后再处理的啊？
A：应用的日志打印到文件处理。Stdout被Supervisor占用了Q: 一个容器里面推荐只跑一个进程，对于遇到一个项目要跑多个服务的情况，是每个服务都单独生成一个容器吗？如果是这样的话代码是怎么管理的？每个服务一个分支吗？而且往往开发、测试、生产是不同的分支，这样服务多了的话对于代码管理很麻烦，如果一个容器里面用Supervisor来跑多个进程的话理论上可以，但是显然做法不好。
A：每个服务可以做成一个容器。那这个是管理的成本了，可以通过一些工具和脚本来自动化。至于要不要跑多进程，看实际场景，都是可以的，其实只要保证Pod提供的业务是正常的即可，所以我们用Probe来对业务检查，Q：请问Kubernetes的应用的日志是怎么管理的，用的网络文件系统还是其他的方式？
A：我们是要求应用的日志全部输出到指定目录，比如/var/log。然后我们针对容器里面的日志目录统一挂载到Ceph存储。Q：是否可以通过preStop元素在pod failed被移除前执行一些收集现场信息的命令？
A：也是可以的。但是大部分人定位问题还是希望能够登录到容器里面定位，这样是最快最方便的方式。Q：Supervisor的方式打乱了Kubernetes原来的容器重启方式，可能会带来更大的问题。不如考虑在Kubernetes的基础上修改增强。
A：是个问题。可以说Supervisor就覆盖了Kubernetes的重启方式，但是一方面Supervisor的重启方式更加灵活，另一方面修改Kubernetes的话侵入性比较大。所以我们选择用Supervisor。Q：你们的应用日志统一挂载存储的话，存储上是为每个容器新建一个目录吗？
A：这部门我们是修改了Kubernetes的代码，为每个pod在宿主机创建一个目录，然后宿主机的这个目录是挂载Cephfs的。Q：假如APP不能正常进行业务处理（连不上数据等原因），而health check依然正常返回。怎么办？你们会强制要求开发对APP的状态进行管理，在health check里返回吗？
A：这是个好问题。我们会尽量要求应用提供的health接口尽量准确，但是这也很难保证100%的业务正常，所以目前就是需要权衡，这部门我们也在细化中。
以上内容根据2017年08月08日晚微信群分享内容整理。分享人吴龙辉，网宿科技云计算架构师，负责设计开发PaaS平台，《Kubernetes实战》作者。 DockOne每周都会组织定向的技术分享，欢迎感兴趣的同学加微信：liyingjiesa，进群参与，您有想听的话题或者想分享的话题都可以给我们留言。
原文发布时间为：2017-08-09
本文作者： DockOne
本文来自云栖社区合作伙伴Dockerone.io，了解相关信息可以关注Dockerone.io。
原文标题：DockOne微信分享（一三六）：Kubernetes健康检查策略
