为什么我们需要Pod?(容器设计模式sidecar)

Pod,是 Kubernetes 项目中最小的 API 对象

容器的本质是进程,就是未来云计算系统中的进程;容器镜像就是这个系统里的".exe"安装包

Kubernetes 就是操作系统!

Pod 里的所有容器,共享的是同一个 Network Namespace,并且可以声明共享同一个 Volum

所以,

在 Kubernetes 项目里,Pod 的实现需要使用一个中间容器,这个容器叫作 Infra 容器。在这个 Pod 中,Infra 容器永远都是第一个被创建的容器,而其他用户定义的容器,

则通过 Join Network Namespace 的方式,与 Infra 容器关联在一起。这样的组织关系.

这个 Pod 里有两个用户容器 A 和 B,还有一个 Infra 容器。很容易理解,在 Kubernetes 项目里,Infra 容器一定要占用极少的资源,所以它使用的是一个非常特殊的镜像,

这个镜像是一个用汇编语言编写的、永远处于“暂停”状态的容器,解压后的大小也只有 100~200 KB 左右。

而对于同一个 Pod 里面的所有用户容器来说,它们的进出流量,也可以认为都是通过 Infra 容器完成的。这一点很重要,因为<strong>将来如果你要为 Kubernetes 开发一个网络插件时,

应该重点考虑的是如何配置这个 Pod 的 Network Namespace,而不是每一个用户容器如何使用你的网络配置,这是没有意义的

 

这就意味着,如果你的网络插件需要在容器里安装某些包或者配置才能完成的话,是不可取的:Infra 容器镜像的 rootfs 里几乎什么都没有,没有你随意发挥的空间。

当然,这同时也意味着你的网络插件完全不必关心用户容器的启动与否,而只需要关注如何配置 Pod,也就是 Infra 容器的 Network Namespace 即可。

 

这样,一个 Volume 对应的宿主机目录对于 Pod 来说就只有一个,Pod 里的容器只要声明挂载这个 Volume,就一定可以共享这个 Volume 对应的宿主机目录。比如下面这个例子:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: two-containers
spec:
  restartPolicy: Never
  volumes:
  - name: shared-data
    hostPath:      
      path: /data
  containers:
  - name: nginx-container
    image: nginx
    volumeMounts:
    - name: shared-data
      mountPath: /usr/share/nginx/html
  - name: debian-container
    image: debian
    volumeMounts:
    - name: shared-data
      mountPath: /pod-data
    command: ["/bin/sh"]
    args: ["-c", "echo Hello from the debian container > /pod-data/index.html"]

在这个例子中,debian-container 和 nginx-container 都声明挂载了 shared-data 这个 Volume。而 shared-data 是 hostPath 类型。所以,它对应在宿主机上的目录就是:/data。而这个目录,其实就被同时绑定挂载进了上述两个容器当中

这就是为什么,nginx-container 可以从它的 /usr/share/nginx/html 目录中,读取到 debian-container 生成的 index.html 文件的原因。

 

二.明白了 Pod 的实现原理后,我们再来讨论“容器设计模式

我们现在有一个 Java Web 应用的 WAR 包,它需要被放在 Tomcat 的 webapps 目录下运行起来

一种方法是,把 WAR 包直接放在 Tomcat 镜像的 webapps 目录下,做成一个新的镜像运行起来。可是,这时候,如果你要更新 WAR 包的内容,或者要升级 Tomcat 镜像,就要重新制作一个新的发布镜像,非常麻烦

另一种方法是,你压根儿不管 WAR 包,永远只发布一个 Tomcat 容器。不过,这个容器的 webapps 目录,就必须声明一个 hostPath 类型的 Volume,从而把宿主机上的 WAR 包挂载进 Tomcat 容器当中运行起来。不过,这样你就必须要解决一个问题,即:如何让每一台宿主机,都预先准备好这个存储有 WAR 包的目录呢?这样来看,你只能独立维护一套分布式存储系统了。

 

实际上,有了 Pod 之后,这样的问题就很容易解决了。我们可以把 WAR 包和 Tomcat 分别做成镜像,然后把它们作为一个 Pod 里的两个容器“组合”在一起。这个 Pod 的配置文件如下所示

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: javaweb-2
spec:
  initContainers:
  - image: geektime/sample:v2
    name: war
    command: ["cp", "/sample.war", "/app"]
    volumeMounts:
    - mountPath: /app
      name: app-volume
  containers:
  - image: geektime/tomcat:7.0
    name: tomcat
    command: ["sh","-c","/root/apache-tomcat-7.0.42-v2/bin/start.sh"]
    volumeMounts:
    - mountPath: /root/apache-tomcat-7.0.42-v2/webapps
      name: app-volume
    ports:
    - containerPort: 8080
      hostPort: 8001 
  volumes:
  - name: app-volume
    emptyDir: {}

 在这个 Pod 中,我们定义了两个容器,第一个容器使用的镜像是 geektime/sample:v2,这个镜像里只有一个 WAR 包(sample.war)放在根目录下。而第二个容器则使用的是一个标准的 Tomcat 镜像

不过,你可能已经注意到,WAR 包容器的类型不再是一个普通容器,而是一个 Init Container 类型的容器

在 Pod 中,所有 Init Container 定义的容器,都会比 spec.containers 定义的用户容器先启动。并且,Init Container 容器会按顺序逐一启动,而直到它们都启动并且退出了,用户容器才会启动

所以,这个 Init Container 类型的 WAR 包容器启动后,我执行了一句"cp /sample.war /app",把应用的 WAR 包拷贝到 /app 目录下,然后退出。而后这个 /app 目录,就挂载了一个名叫 app-volume 的 Volume。

 

接下来就很关键了。Tomcat 容器,同样声明了挂载 app-volume 到自己的 webapps 目录下

所以,等 Tomcat 容器启动时,它的 webapps 目录下就一定会存在 sample.war 文件:这个文件正是 WAR 包容器启动时拷贝到这个 Volume 里面的,而这个 Volume 是被这两个容器共享的。

 

像这样,我们就用一种“组合”方式,解决了 WAR 包与 Tomcat 容器之间耦合关系的问题。

 

实际上,这个所谓的“组合”操作,正是容器设计模式里最常用的一种模式,它的名字叫:sidecar

顾名思义,sidecar 指的就是我们可以在一个 Pod 中,启动一个辅助容器,来完成一些独立于主进程(主容器)之外的工作。

比如:

在我们的这个应用 Pod 中,Tomcat 容器是我们要使用的主容器,而 WAR 包容器的存在,只是为了给它提供一个 WAR 包而已。所以,我们用 Init Container 的方式优先运行 WAR 包容器,扮演了一个 sidecar 的角色。

 但不要忘记,Pod 的另一个重要特性是,它的所有容器都共享同一个 Network Namespace。这就使得很多与 Pod 网络相关的配置和管理,也都可以交给 sidecar 完成,而完全无须干涉用户容器。这里最典型的例子莫过于 Istio 这个微服务治理项目了
事实上,直到现在,仍有很多人把容器跟虚拟机相提并论,他们把容器当做性能更好的虚拟机,喜欢讨论如何把应用从虚拟机无缝地迁移到容器中。
但实际上,无论是从具体的实现原理,还是从使用方法、特性、功能等方面,容器与虚拟机几乎没有任何相似的地方;也不存在一种普遍的方法,
能够把虚拟机里的应用无缝迁移到容器中。因为,容器的性能优势,必然伴随着相应缺陷,即:它不能像虚拟机那样,完全模拟本地物理机环境中的部署方法。
所以,这个“上云”工作的完成,最终还是要靠深入理解容器的本质,即:进程
实际上,一个运行在虚拟机里的应用,哪怕再简单,也是被管理在 systemd 或者 supervisord 之下的一组进程,而不是一个进程。这跟本地物理机上应用的运行方式其实是一样的。这也是为什么,从物理机到虚拟机之间的应用迁移,往往并不困难。
可是对于容器来说,一个容器永远只能管理一个进程。更确切地说,一个容器,就是一个进程。这是容器技术的“天性”,不可能被修改。所以,将一个原本运行在虚拟机里的应用,“无缝迁移”到容器中的想法,实际上跟容器的本质是相悖的。
所以,你现在可以这么理解 Pod 的本质:
Pod,实际上是在扮演传统基础设施里“虚拟机”的角色;而容器,则是这个虚拟机里运行的用户程序。
所以下一次,当你需要把一个运行在虚拟机里的应用迁移到 Docker 容器中时,一定要仔细分析到底有哪些进程(组件)运行在这个虚拟机里。
然后,你就可以把整个虚拟机想象成为一个 Pod,把这些进程分别做成容器镜像,把有顺序关系的容器,定义为 Init Container。这才是更加合理的、松耦合的容器编排诀窍,也是从传统应用架构,到“微服务架构”最自然的过渡方式。

posted @ 2019-03-29 18:48  努力乄小白  阅读(4600)  评论(0编辑  收藏  举报