Pause容器

Pause容器,又叫Infra容器,本文将探究该容器的作用与原理。

我们知道在kubelet的配置中有这样一个参数:

KUBELET_POD_INFRA_CONTAINER=--pod-infra-container-image=registry.access.redhat.com/rhel7/pod-infrastructure:latest

上面是openshift中的配置参数,kubernetes中默认的配置参数是:

KUBELET_POD_INFRA_CONTAINER=--pod-infra-container-image=gcr.io/google_containers/pause-amd64:3.0

Pause容器,是可以自己来定义,官方使用的gcr.io/google_containers/pause-amd64:3.0容器的代码见Github,使用C语言编写。

Pause容器特点

  • 镜像非常小,目前在700KB左右
  • 永远处于Pause(暂停)状态

Pause容器背景

像 Pod 这样一个东西,本身是一个逻辑概念。那在机器上,它究竟是怎么实现的呢?这就是我们要解释的一个问题。

既然说 Pod 要解决这个问题,核心就在于如何让一个 Pod 里的多个容器之间最高效的共享某些资源和数据。

因为容器之间原本是被 Linux Namespace 和 cgroups 隔开的,所以现在实际要解决的是怎么去打破这个隔离,然后共享某些事情和某些信息。这就是 Pod 的设计要解决的核心问题所在。

所以说具体的解法分为两个部分:网络和存储。

Pause容器就是为解决Pod中的网络问题而生的。

Pause容器实现

Pod 里的多个容器怎么去共享网络?下面是个例子:

比如说现在有一个 Pod,其中包含了一个容器 A 和一个容器 B,它们两个就要共享 Network Namespace。在 Kubernetes 里的解法是这样的:它会在每个 Pod 里,额外起一个 Infra container 小容器来共享整个 Pod 的 Network Namespace。

Infra container 是一个非常小的镜像,大概 700KB 左右,是一个C语言写的、永远处于“暂停”状态的容器。由于有了这样一个 Infra container 之后,其他所有容器都会通过 Join Namespace 的方式加入到 Infra container 的 Network Namespace 中。

所以说一个 Pod 里面的所有容器,它们看到的网络视图是完全一样的。即:它们看到的网络设备、IP地址、Mac地址等等,跟网络相关的信息,其实全是一份,这一份都来自于 Pod 第一次创建的这个 Infra container。这就是 Pod 解决网络共享的一个解法。

在 Pod 里面,一定有一个 IP 地址,是这个 Pod 的 Network Namespace 对应的地址,也是这个 Infra container 的 IP 地址。所以大家看到的都是一份,而其他所有网络资源,都是一个 Pod 一份,并且被 Pod 中的所有容器共享。这就是 Pod 的网络实现方式。

由于需要有一个相当于说中间的容器存在,所以整个 Pod 里面,必然是 Infra container 第一个启动。并且整个 Pod 的生命周期是等同于 Infra container 的生命周期的,与容器 A 和 B 是无关的。这也是为什么在 Kubernetes 里面,它是允许去单独更新 Pod 里的某一个镜像的,即:做这个操作,整个 Pod 不会重建,也不会重启,这是非常重要的一个设计。

Pause容器的作用

我们检查node节点的时候会发现每个node上都运行了很多的pause容器,例如如下。

$ docker ps
CONTAINER ID        IMAGE                                                                                                                    COMMAND                  CREATED             STATUS              PORTS               NAMES
2c7d50f1a7be        docker.io/jimmysong/heapster-grafana-amd[email protected]:d663759b3de86cf62e64a43b021f133c383e8f7b0dc2bdd78115bc95db371c9a       "/run.sh"                3 hours ago         Up 3 hours                              k8s_grafana_monitoring-influxdb-grafana-v4-5697c6b59-76zqs_kube-system_5788a3c5-29c0-11e8-9e88-525400005732_0
5df93dea877a        docker.io/jimmysong/[email protected]:a217008b68cb49e8f038c4eeb6029261f02adca81d8eae8c5c01d030361274b8      "influxd --config ..."   3 hours ago         Up 3 hours                              k8s_influxdb_monitoring-influxdb-grafana-v4-5697c6b59-76zqs_kube-system_5788a3c5-29c0-11e8-9e88-525400005732_0
9cec6c0ef583        jimmysong/pause-amd64:3.0                                                                                                "/pause"                 3 hours ago         Up 3 hours                              k8s_POD_monitoring-influxdb-grafana-v4-5697c6b59-76zqs_kube-system_5788a3c5-29c0-11e8-9e88-525400005732_0
54d06e30a4c7        docker.io/jimmysong/[email protected]:668710d034c4209f8fa9a342db6d8be72b6cb5f1f3f696cee2379b8512330be4   "/dashboard --inse..."   3 hours ago         Up 3 hours                              k8s_kubernetes-dashboard_kubernetes-dashboard-65486f5fdf-lshl7_kube-system_27c414a1-29c0-11e8-9e88-525400005732_0
5a5ef33b0d58        jimmysong/pause-amd64:3.0                                                                                                "/pause"                 3 hours ago         Up 3 hours                              k8s_POD_kubernetes-dashboard-65486f5fdf-lshl7_kube-system_27c414a1-29c0-11e8-9e88-525400005732_0

kubernetes中的pause容器主要为每个业务容器提供以下功能:

  • 在pod中担任Linux命名空间共享的基础;
  • 启用pid命名空间,开启init进程。

The Almighty Pause Container这篇文章中做出了详细的说明,pause容器的作用可以从这个例子中看出,首先见下图:

Pause容器
图片 - Pause容器

我们首先在节点上运行一个pause容器。

docker run -d --name pause -p 8880:80 jimmysong/pause-amd64:3.0

然后再运行一个nginx容器,nginx将为localhost:2368创建一个代理。

$ cat <<EOF >> nginx.conff
error_log stderr;
events { worker_connections  1024; }
http {
    access_log /dev/stdout combined;
    server {
        listen 80 default_server;
        server_name example.com www.example.com;
        location / {
            proxy_pass http://127.0.0.1:2368;
        }
    }
}
EOF
$ docker run -d --name nginx -v `pwd`/nginx.conf:/etc/nginx/nginx.conf --net=container:pause --ipc=container:pause --pid=container:pause nginx

然后再为ghost创建一个应用容器,这是一款博客软件。

$ docker run -d --name ghost --net=container:pause --ipc=container:pause --pid=container:pause ghost

现在访问http://localhost:8880/就可以看到ghost博客的界面了。

解析

pause容器将内部的80端口映射到宿主机的8880端口,pause容器在宿主机上设置好了网络namespace后,nginx容器加入到该网络namespace中,我们看到nginx容器启动的时候指定了--net=container:pause,ghost容器同样加入到了该网络namespace中,这样三个容器就共享了网络,互相之间就可以使用localhost直接通信,--ipc=contianer:pause --pid=container:pause就是三个容器处于同一个namespace中,init进程为pause,这时我们进入到ghost容器中查看进程情况。

# ps aux
USER       PID %CPU %MEM    VSZ   RSS TTY      STAT START   TIME COMMAND
root         1  0.0  0.0   1024     4 ?        Ss   13:49   0:00 /pause
root         5  0.0  0.1  32432  5736 ?        Ss   13:51   0:00 nginx: master p
systemd+     9  0.0  0.0  32980  3304 ?        S    13:51   0:00 nginx: worker p
node        10  0.3  2.0 1254200 83788 ?       Ssl  13:53   0:03 node current/in
root        79  0.1  0.0   4336   812 pts/0    Ss   14:09   0:00 sh
root        87  0.0  0.0  17500  2080 pts/0    R+   14:10   0:00 ps aux

在ghost容器中同时可以看到pause和nginx容器的进程,并且pause容器的PID是1。而在kubernetes中容器的PID=1的进程即为容器本身的业务进程。

参考

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