Pod 中断与 PDB（Pod 中断预算）
Pod 中断预算（PDB）是保障 Kubernetes 关键应用高可用与安全运维的核心机制，合理配置可有效降低中断风险，提升集群稳定性。
Pod 中断预算机制与高可用实践
Pod 中断预算（Pod Disruption Budget，简称 PDB）是 Kubernetes 中用于保护应用程序可用性的重要机制。
本文将帮助应用程序开发者构建高可用应用，同时为集群管理员提供安全执行自动化运维操作的指导。
中断类型：自愿与非自愿
Pod 的生命周期可能因各种原因而终止，主要分为两大类：非自愿中断和自愿中断。
非自愿中断
非自愿中断是指由于不可预见的硬件或系统故障导致的 Pod 终止，主要包括：
- 硬件故障：节点物理机器故障
- 操作失误：管理员意外删除虚拟机实例
- 基础设施问题：云提供商故障、虚拟化层异常
- 系统故障：内核崩溃（kernel panic）
- 网络分区：节点因网络问题与集群失联
- 资源耗尽：节点资源不足导致 Pod 被驱逐
注意：除资源不足外，这些情况并非 Kubernetes 特有，而是分布式系统的常见挑战。
自愿中断
自愿中断是指由人为操作或自动化流程主动触发的 Pod 终止，分为以下几类：
- 应用程序维护操作：删除或更新 Deployment 等工作负载控制器、修改 Pod 模板导致重新部署、直接删除 Pod（通常为误操作）
- 集群运维操作： 节点排空（drain） 进行维护或升级、集群缩容时移除节点、资源调度优化时迁移 Pod
这些操作可能由管理员手动执行，也可能通过自动化工具完成。建议向集群管理员或云服务提供商确认是否启用了相关自动化功能。
应对中断的策略
针对不同类型的中断，需采取相应的防护和管理措施。
减轻非自愿中断的影响
- 资源配置：为 Pod 正确配置资源请求和限制
- 应用程序复制：部署多副本应用程序（ 无状态应用 和 有状态应用 ）
- 分布式部署：使用反亲和性策略将副本分散到不同机架或可用区
管理自愿中断
不同集群的自愿中断频率差异很大。基础的 Kubernetes 集群可能很少发生自愿中断，但生产环境通常需要定期进行：
- 节点系统更新
- 集群版本升级
- 自动扩缩容操作
Kubernetes 通过 Pod 中断预算机制来平衡运维需求与服务可用性。
Pod 中断预算的工作机制
Pod 中断预算（PDB）是一种 Kubernetes 资源对象，用于限制同时发生自愿中断的 Pod 数量。
它通过以下方式保护应用程序：
- 最小可用副本数：确保始终有足够数量的 Pod 运行
- 最大不可用副本数：限制同时中断的 Pod 数量
- 标签选择器：精确指定受保护的 Pod 范围
工作流程
Pod 中断预算的典型工作流程如下：
- 创建 PDB：应用程序所有者为关键服务定义中断预算
- 中断请求：管理员或自动化工具通过 Eviction API 请求驱逐 Pod
- 预算检查：Kubernetes 验证驱逐操作是否违反 PDB 约束
- 执行或拒绝：满足预算要求时执行驱逐，否则拒绝请求
重要特性
- 仅限自愿中断：PDB 无法阻止非自愿中断
- 优雅终止：通过 Eviction API 驱逐的 Pod 会按照
terminationGracePeriodSeconds优雅关闭 - 滚动更新兼容：控制器（如 Deployment）在滚动更新时不受 PDB 限制
实践示例：节点维护场景
以下示例展示了 PDB 在节点维护场景下的实际应用。
初始状态
下表展示了 3 节点集群的初始 Pod 分布：
| node-1 | node-2 | node-3 |
|---|---|---|
| pod-a available | pod-b available | pod-c available |
| pod-x available |
其中 pod-a、pod-b、pod-c 属于同一个 Deployment，配置了要求至少 2 个副本可用的 PDB。
第一步：排空 node-1
管理员执行 kubectl drain node-1，Pod 状态如下：
| node-1 draining | node-2 | node-3 |
|---|---|---|
| pod-a terminating | pod-b available | pod-c available |
| pod-x terminating |
控制器检测到 pod 终止，创建替代 Pod：
| node-1 draining | node-2 | node-3 |
|---|---|---|
| pod-a terminating | pod-b available | pod-c available |
| pod-x terminating | pod-d starting | pod-y |
第二步：等待新 Pod 就绪
| node-1 drained | node-2 | node-3 |
|---|---|---|
| pod-b available | pod-c available | |
| pod-d available | pod-y |
第三步：尝试排空 node-2
当管理员尝试排空 node-2 时，系统会：
- 成功驱逐 pod-b（仍有 2 个副本可用）
- 拒绝驱逐 pod-d（会导致可用副本少于 2 个）
最终状态可能如下：
| node-1 drained | node-2 draining | node-3 | no node |
|---|---|---|---|
| pod-c available | pod-e pending | ||
| pod-d available | pod-y |
此时需要增加集群容量或等待资源释放才能继续维护操作。
角色分离与最佳实践
Pod 中断预算支持以下角色分离，便于团队协作和职责明确。
- 应用程序所有者：定义业务可用性要求，创建 PDB
- 集群管理员：执行基础设施维护，遵循 PDB 约束
- 平台团队：提供自动化工具，集成 Eviction API
集群维护策略
根据不同需求选择合适的维护策略，见下表：
| 策略 | 停机时间 | 资源成本 | 自动化程度 | 适用场景 |
|---|---|---|---|---|
| 接受停机 | 有 | 低 | 高 | 测试环境 |
| 蓝绿部署 | 无 | 高 | 中 | 关键业务 |
| PDB + 滚动维护 | 无 | 低 | 高 | 生产推荐 |
配置建议
合理配置 PDB 和应用架构，有助于提升系统可用性和维护效率。
PDB 最佳实践
- 合理设置预算：平衡可用性和维护效率
- 测试验证：在非生产环境验证 PDB 行为
- 监控告警：跟踪中断事件和预算使用情况
- 文档记录：明确记录中断容忍度要求
应用程序设计
- 实现优雅关闭处理
- 支持快速启动和健康检查
- 设计无状态或状态可恢复的架构
总结
Pod 中断预算（PDB）是 Kubernetes 集群高可用和安全运维的关键保障。
通过合理配置 PDB、优化应用架构和团队协作，可有效降低中断风险，提升服务稳定性和自动化运维能力。