Pod 的生命周期

Pod 生命周期管理是 Kubernetes 自动化运维和高可用保障的核心，合理配置探针和重启策略可显著提升应用的健壮性和弹性。

Pod 阶段（Phase）

Pod 的 status 字段包含一个 PodStatus 对象，其中的 phase 字段表示 Pod 在生命周期中的当前状态。Pod 的阶段（phase）是对 Pod 在其生命周期中状态的高层次概括，并非容器或 Pod 状态的详细汇总。

阶段类型

下表总结了 Pod phase 字段的所有可能取值及其含义：

阶段描述
PendingPod 已被 Kubernetes 接受，但一个或多个容器尚未创建完成。包括调度等待时间和镜像拉取时间
RunningPod 已绑定到节点，所有容器已创建，至少有一个容器正在运行、启动或重启
SucceededPod 中所有容器已成功终止，且不会重启
FailedPod 中所有容器已终止，至少有一个容器因失败而终止（退出码非零或被系统终止）
Unknown无法获取 Pod 状态，通常因与 Pod 所在节点通信失败导致
表 1: Pod 阶段类型说明

下图展示了 Pod 生命周期中状态的变化流程：

图 1: Pod 生命周期状态变化流程
图 1: Pod 生命周期状态变化流程

Pod 状态（Status）

Pod 具有 PodStatus 对象，包含 PodCondition 数组。每个 PodCondition 包含：

  • type：条件类型，可能值包括：
    • PodScheduled：Pod 是否已被调度
    • Ready：Pod 是否准备好接收流量
    • Initialized：所有初始化容器是否成功完成
    • ContainersReady：Pod 中所有容器是否就绪
  • status：条件状态，值为 True、False 或 Unknown

容器探针（Probes）

探针（Probe）是 kubelet 对容器执行的定期健康检查。kubelet 通过调用容器实现的处理程序来执行诊断。

探针类型

下表总结了三种常见探针类型及其判定标准：

探针类型描述成功条件
ExecAction执行指定命令命令退出码为 0
TCPSocketActionTCP 端口检查端口可连接
HTTPGetActionHTTP GET 请求响应状态码 200-399
表 2: 容器探针类型与判定标准

每次探测返回以下结果之一：

  • Success（成功）：容器通过诊断
  • Failure（失败）：容器未通过诊断
  • Unknown（未知）：诊断失败，不采取行动

探针种类

存活探针（Liveness Probe）

  • 检测容器是否正在运行
  • 失败时 kubelet 杀死容器，按重启策略处理
  • 未配置时默认为 Success

就绪探针（Readiness Probe）

  • 检测容器是否准备好接收流量
  • 失败时从 Service 端点中移除 Pod IP
  • 未配置时默认为 Success

启动探针（Startup Probe）

自 Kubernetes 1.16 起支持，用于慢启动容器：

  • 检测容器是否已启动
  • 启动探针成功前，其他探针被禁用
  • 适用于启动时间较长的应用

探针使用指南

  • 存活探针：适用于进程无法自愈或需自动重启的场景
  • 就绪探针：用于控制流量路由，适合需预热或加载数据的应用
  • 启动探针：为慢启动容器提供更长启动窗口

探针配置示例

以下 YAML 展示了三种探针的典型配置：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: probe-example
spec:
  containers:
  - name: app
    image: nginx:1.20
    ports:
    - containerPort: 80
    startupProbe:
      httpGet:
        path: /
        port: 80
      initialDelaySeconds: 10
      periodSeconds: 5
      failureThreshold: 12  # 60 秒启动窗口
    livenessProbe:
      httpGet:
        path: /health
        port: 80
      initialDelaySeconds: 15
      periodSeconds: 10
      timeoutSeconds: 5
      failureThreshold: 3
    readinessProbe:
      httpGet:
        path: /ready
        port: 80
      initialDelaySeconds: 5
      periodSeconds: 5
      timeoutSeconds: 3
      successThreshold: 1
      failureThreshold: 3

就绪门控（Readiness Gates）

自 Kubernetes 1.14 起，Pod 支持扩展就绪检测机制。可在 PodSpec 中设置 readinessGates，指定额外的就绪条件：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: readiness-gate-example
spec:
  readinessGates:
    - conditionType: "example.com/load-balancer-ready"
  containers:
  - name: app
    image: nginx:1.20
status:
  conditions:
    - type: Ready
      status: "True"
      lastTransitionTime: "2023-01-01T00:00:00Z"
    - type: "example.com/load-balancer-ready"
      status: "True"
      lastTransitionTime: "2023-01-01T00:00:00Z"

Pod 被认为就绪需满足：

  1. 所有容器状态为 Ready
  2. 所有 readinessGates 条件为 True

重启策略（Restart Policy）

PodSpec 的 restartPolicy 字段控制容器重启行为。下表总结了三种重启策略及其适用场景：

策略描述适用场景
Always总是重启（默认）长期运行的服务
OnFailure失败时重启批处理任务
Never从不重启一次性任务
表 3: Pod 重启策略与适用场景
  • 重启延迟：采用指数退避算法（10s, 20s, 40s, 80s, 160s, 300s）
  • 重置条件：容器成功运行 10 分钟后重置延迟
  • 节点限制：容器只能在同一节点重启

Pod 生命周期管理

Kubernetes 通过控制器实现 Pod 生命周期的自动化管理。下表总结了常见控制器类型及其重启策略要求：

控制器适用场景重启策略要求
Deployment/ReplicaSet无状态应用Always
StatefulSet有状态应用Always
DaemonSet节点级服务Always
Job批处理任务OnFailure/Never
CronJob定时任务OnFailure/Never
表 4: Pod 控制器类型与重启策略要求

生命周期事件

Pod 生命周期主要包括以下阶段：

  1. 创建阶段
    • API Server 验证并存储 Pod 规格
    • 调度器选择节点
    • kubelet 拉取镜像并创建容器
  2. 运行阶段
    • 容器启动并运行
    • 探针持续检查健康状态
    • 根据检查结果更新 Pod 状态
  3. 终止阶段
    • 发送 SIGTERM 信号
    • 等待优雅终止期（默认 30 秒）
    • 发送 SIGKILL 强制终止

实际应用场景

Pod 生命周期管理和重启策略的选择需结合实际业务需求。以下为典型场景示例：

场景 1：Web 应用部署

适用于 Deployment 控制器，长期运行服务，重启策略为 Always：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: web-app
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: web-app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: web-app
    spec:
      containers:
      - name: web
        image: nginx:1.20
        ports:
        - containerPort: 80
        livenessProbe:
          httpGet:
            path: /health
            port: 80
          initialDelaySeconds: 30
          periodSeconds: 10
        readinessProbe:
          httpGet:
            path: /ready
            port: 80
          initialDelaySeconds: 5
          periodSeconds: 5
        resources:
          requests:
            memory: "64Mi"
            cpu: "250m"
          limits:
            memory: "128Mi"
            cpu: "500m"

场景 2：批处理任务

适用于 Job 控制器，一次性或有限次数运行的任务，重启策略为 OnFailure：

apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:
  name: data-processing
spec:
  template:
    spec:
      restartPolicy: OnFailure
      containers:
      - name: processor
        image: data-processor:latest
        command: ["python", "process.py"]
        resources:
          requests:
            memory: "512Mi"
            cpu: "1"
          limits:
            memory: "1Gi"
            cpu: "2"

故障排查

在 Pod 生命周期管理中，常见问题及排查建议如下：

  • Pod 一直处于 Pending 状态
    • 检查节点资源是否充足
    • 验证镜像是否可拉取
    • 确认 PVC 是否可用
  • 容器频繁重启
    • 检查探针配置是否合理
    • 查看容器日志和事件
    • 验证资源限制设置
  • Pod 无法接收流量
    • 检查就绪探针状态
    • 验证 Service 配置
    • 确认网络策略设置

常用调试命令如下：

# 查看 Pod 状态
kubectl get pods -o wide

# 查看 Pod 详细信息
kubectl describe pod <pod-name>

# 查看 Pod 日志
kubectl logs <pod-name> -c <container-name>

# 查看 Pod 事件
kubectl get events --field-selector involvedObject.name=<pod-name>

# 进入容器调试
kubectl exec -it <pod-name> -c <container-name> -- /bin/bash

最佳实践

  • 合理配置探针：根据应用特性设置合适的超时和重试参数，避免探针过于频繁或宽松
  • 优化启动时间：使用启动探针为慢启动应用提供缓冲，优化镜像和启动流程
  • 资源管理：设置合理的资源请求和限制，监控资源使用
  • 优雅终止：处理 SIGTERM 信号，设置合适的 terminationGracePeriodSeconds

总结

Pod 生命周期管理是 Kubernetes 自动化运维和高可用的基础。通过合理配置探针、重启策略和生命周期事件，能够有效提升应用的健壮性和弹性。建议结合实际业务场景，灵活运用生命周期管理机制，保障集群稳定运行。

参考文献

发布于: 2022/05/21 • 最后更新: 2025/10/28 • 字数: 2247 • 阅读时间: 5 mins

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