配置存活、就绪和启动探测器

这篇文章介绍如何给容器配置活跃（Liveness）、就绪（Readiness）和启动（Startup）探测器。

kubelet 使用存活探测器来确定什么时候要重启容器。例如，存活探测器可以探测到应用死锁（应用程序在运行，但是无法继续执行后面的步骤）情况。重启这种状态下的容器有助于提高应用的可用性，即使其中存在缺陷。

kubelet 使用就绪探测器可以知道容器何时准备好接受请求流量，当一个 Pod 内的所有容器都就绪时，才能认为该 Pod 就绪。这种信号的一个用途就是控制哪个 Pod 作为 Service 的后端。若 Pod 尚未就绪，会被从 Service 的负载均衡器中剔除。

kubelet 使用启动探测器来了解应用容器何时启动。如果配置了这类探测器，你就可以控制容器在启动成功后再进行存活性和就绪态检查，确保这些存活、就绪探测器不会影响应用的启动。启动探测器可以用于对慢启动容器进行存活性检测，避免它们在启动运行之前就被杀掉。

准备开始

你必须拥有一个 Kubernetes 的集群，同时你的 Kubernetes 集群必须带有 kubectl 命令行工具。建议在至少有两个节点的集群上运行本教程，且这些节点不作为控制平面主机。如果你还没有集群，你可以通过 Minikube 构建一个你自己的集群，或者你可以使用下面任意一个 Kubernetes 工具构建：

定义存活命令

许多长时间运行的应用最终会进入损坏状态，除非重新启动，否则无法被恢复。 Kubernetes 提供了存活探测器来发现并处理这种情况。

在本练习中，你会创建一个 Pod，其中运行一个基于 k8s.gcr.io/busybox 镜像的容器。下面是这个 Pod 的配置文件。

pods/probe/exec-liveness.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
    test: liveness
  name: liveness-exec
spec:
  containers:
  - name: liveness
    image: k8s.gcr.io/busybox
    args:
    - /bin/sh
    - -c
    - touch /tmp/healthy; sleep 30; rm -f /tmp/healthy; sleep 600
    livenessProbe:
      exec:
        command:
        - cat
        - /tmp/healthy
      initialDelaySeconds: 5
      periodSeconds: 5

在这个配置文件中，可以看到 Pod 中只有一个 Container。 periodSeconds 字段指定了 kubelet 应该每 5 秒执行一次存活探测。 initialDelaySeconds 字段告诉 kubelet 在执行第一次探测前应该等待 5 秒。 kubelet 在容器内执行命令 cat /tmp/healthy 来进行探测。如果命令执行成功并且返回值为 0，kubelet 就会认为这个容器是健康存活的。如果这个命令返回非 0 值，kubelet 会杀死这个容器并重新启动它。

当容器启动时，执行如下的命令：

/bin/sh -c "touch /tmp/healthy; sleep 30; rm -f /tmp/healthy; sleep 600"

这个容器生命的前 30 秒，/tmp/healthy 文件是存在的。所以在这最开始的 30 秒内，执行命令 cat /tmp/healthy 会返回成功代码。 30 秒之后，执行命令 cat /tmp/healthy 就会返回失败代码。

创建 Pod：

kubectl apply -f https://k8s.io/examples/pods/probe/exec-liveness.yaml

在 30 秒内，查看 Pod 的事件：

kubectl describe pod liveness-exec

输出结果表明还没有存活探测器失败：

FirstSeen    LastSeen    Count   From            SubobjectPath           Type        Reason      Message
--------- --------    -----   ----            -------------           --------    ------      -------
24s       24s     1   {default-scheduler }                    Normal      Scheduled   Successfully assigned liveness-exec to worker0
23s       23s     1   {kubelet worker0}   spec.containers{liveness}   Normal      Pulling     pulling image "k8s.gcr.io/busybox"
23s       23s     1   {kubelet worker0}   spec.containers{liveness}   Normal      Pulled      Successfully pulled image "k8s.gcr.io/busybox"
23s       23s     1   {kubelet worker0}   spec.containers{liveness}   Normal      Created     Created container with docker id 86849c15382e; Security:[seccomp=unconfined]
23s       23s     1   {kubelet worker0}   spec.containers{liveness}   Normal      Started     Started container with docker id 86849c15382e

35 秒之后，再来看 Pod 的事件：

kubectl describe pod liveness-exec

在输出结果的最下面，有信息显示存活探测器失败了，这个容器被杀死并且被重建了。

FirstSeen LastSeen    Count   From            SubobjectPath           Type        Reason      Message
--------- --------    -----   ----            -------------           --------    ------      -------
37s       37s     1   {default-scheduler }                    Normal      Scheduled   Successfully assigned liveness-exec to worker0
36s       36s     1   {kubelet worker0}   spec.containers{liveness}   Normal      Pulling     pulling image "k8s.gcr.io/busybox"
36s       36s     1   {kubelet worker0}   spec.containers{liveness}   Normal      Pulled      Successfully pulled image "k8s.gcr.io/busybox"
36s       36s     1   {kubelet worker0}   spec.containers{liveness}   Normal      Created     Created container with docker id 86849c15382e; Security:[seccomp=unconfined]
36s       36s     1   {kubelet worker0}   spec.containers{liveness}   Normal      Started     Started container with docker id 86849c15382e
2s        2s      1   {kubelet worker0}   spec.containers{liveness}   Warning     Unhealthy   Liveness probe failed: cat: can't open '/tmp/healthy': No such file or directory

再等 30 秒，确认这个容器被重启了：

kubectl get pod liveness-exec

输出结果显示 RESTARTS 的值增加了 1。

NAME            READY     STATUS    RESTARTS   AGE
liveness-exec   1/1       Running   1          1m

定义一个存活态 HTTP 请求接口

另外一种类型的存活探测方式是使用 HTTP GET 请求。下面是一个 Pod 的配置文件，其中运行一个基于 k8s.gcr.io/liveness 镜像的容器。

pods/probe/http-liveness.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
    test: liveness
  name: liveness-http
spec:
  containers:
  - name: liveness
    image: k8s.gcr.io/liveness
    args:
    - /server
    livenessProbe:
      httpGet:
        path: /healthz
        port: 8080
        httpHeaders:
        - name: Custom-Header
          value: Awesome
      initialDelaySeconds: 3
      periodSeconds: 3

在这个配置文件中，你可以看到 Pod 也只有一个容器。 periodSeconds 字段指定了 kubelet 每隔 3 秒执行一次存活探测。 initialDelaySeconds 字段告诉 kubelet 在执行第一次探测前应该等待 3 秒。 kubelet 会向容器内运行的服务（服务在监听 8080 端口）发送一个 HTTP GET 请求来执行探测。如果服务器上 /healthz 路径下的处理程序返回成功代码，则 kubelet 认为容器是健康存活的。如果处理程序返回失败代码，则 kubelet 会杀死这个容器并将其重启。

返回大于或等于 200 并且小于 400 的任何代码都标示成功，其它返回代码都标示失败。

你可以访问 server.go。阅读服务的源码。容器存活期间的最开始 10 秒中，/healthz 处理程序返回 200 的状态码。之后处理程序返回 500 的状态码。

http.HandleFunc("/healthz", func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    duration := time.Now().Sub(started)
    if duration.Seconds() > 10 {
        w.WriteHeader(500)
        w.Write([]byte(fmt.Sprintf("error: %v", duration.Seconds())))
    } else {
        w.WriteHeader(200)
        w.Write([]byte("ok"))
    }
})

kubelet 在容器启动之后 3 秒开始执行健康检测。所以前几次健康检查都是成功的。但是 10 秒之后，健康检查会失败，并且 kubelet 会杀死容器再重新启动容器。

创建一个 Pod 来测试 HTTP 的存活检测：

kubectl apply -f https://k8s.io/examples/pods/probe/http-liveness.yaml

10 秒之后，通过查看 Pod 事件来确认活跃探测器已经失败，并且容器被重新启动了。

kubectl describe pod liveness-http

在 1.13 之前（包括 1.13）的版本中，如果在 Pod 运行的节点上设置了环境变量 http_proxy（或者 HTTP_PROXY），HTTP 的存活探测会使用这个代理。在 1.13 之后的版本中，设置本地的 HTTP 代理环境变量不会影响 HTTP 的存活探测。

定义 TCP 的存活探测

第三种类型的存活探测是使用 TCP 套接字。使用这种配置时，kubelet 会尝试在指定端口和容器建立套接字链接。如果能建立连接，这个容器就被看作是健康的，如果不能则这个容器就被看作是有问题的。

pods/probe/tcp-liveness-readiness.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: goproxy
  labels:
    app: goproxy
spec:
  containers:
  - name: goproxy
    image: k8s.gcr.io/goproxy:0.1
    ports:
    - containerPort: 8080
    readinessProbe:
      tcpSocket:
        port: 8080
      initialDelaySeconds: 5
      periodSeconds: 10
    livenessProbe:
      tcpSocket:
        port: 8080
      initialDelaySeconds: 15
      periodSeconds: 20

如你所见，TCP 检测的配置和 HTTP 检测非常相似。下面这个例子同时使用就绪和存活探测器。kubelet 会在容器启动 5 秒后发送第一个就绪探测。探测器会尝试连接 goproxy 容器的 8080 端口。如果探测成功，这个 Pod 会被标记为就绪状态，kubelet 将继续每隔 10 秒运行一次检测。

除了就绪探测，这个配置包括了一个存活探测。 kubelet 会在容器启动 15 秒后进行第一次存活探测。与就绪探测类似，活跃探测器会尝试连接 goproxy 容器的 8080 端口。如果存活探测失败，容器会被重新启动。

kubectl apply -f https://k8s.io/examples/pods/probe/tcp-liveness-readiness.yaml

15 秒之后，通过看 Pod 事件来检测存活探测器：

kubectl describe pod goproxy

定义 gRPC 活跃探测器

特性状态： Kubernetes v1.24 [beta]

如果你的应用实现了 gRPC 健康检查协议， kubelet 可以配置为使用该协议来执行应用活跃性检查。你必须启用 GRPCContainerProbe 特性门控才能配置依赖于 gRPC 的检查机制。

下面是一个示例清单：

pods/probe/grpc-liveness.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: etcd-with-grpc
spec:
  containers:
  - name: etcd
    image: k8s.gcr.io/etcd:3.5.1-0
    command: [ "/usr/local/bin/etcd", "--data-dir",  "/var/lib/etcd", "--listen-client-urls", "http://0.0.0.0:2379", "--advertise-client-urls", "http://127.0.0.1:2379", "--log-level", "debug"]
    ports:
    - containerPort: 2379
    livenessProbe:
      grpc:
        port: 2379
      initialDelaySeconds: 10

要使用 gRPC 探测器，必须配置 port 属性。如果健康状态端点配置在非默认服务之上，你还必须设置 service 属性。

说明：

与 HTTP 和 TCP 探测器不同，gRPC 探测不能使用命名端口或定制主机。

配置问题（例如：错误的 port 和 service、未实现健康检查协议）都被认作是探测失败，这一点与 HTTP 和 TCP 探测器类似。

kubectl apply -f https://k8s.io/examples/pods/probe/grpc-liveness.yaml

15 秒钟之后，查看 Pod 事件确认活跃性检查并未失败：

kubectl describe pod etcd-with-grpc

在 Kubernetes 1.23 之前，gRPC 健康探测通常使用 grpc-health-probe 来实现，如博客 Health checking gRPC servers on Kubernetes（对 Kubernetes 上的 gRPC 服务器执行健康检查）所描述。内置的 gRPC 探测器行为与 grpc-health-probe 所实现的行为类似。从 grpc-health-probe 迁移到内置探测器时，请注意以下差异：

内置探测器运行时针对的是 Pod 的 IP 地址，不像 grpc-health-probe 那样通常针对 127.0.0.1 执行探测；请一定配置你的 gRPC 端点使之监听于 Pod 的 IP 地址之上。
内置探测器不支持任何身份认证参数（例如 -tls）。
对于内置的探测器而言，不存在错误代码。所有错误都被视作探测失败。
如果 ExecProbeTimeout 特性门控被设置为 false，则 grpc-health-probe 不会考虑 timeoutSeconds 设置状态（默认值为 1s），而内置探测器则会在超时时返回失败。

使用命名端口

对于 HTTP 或者 TCP 存活检测可以使用命名的 port。

ports:
- name: liveness-port
  containerPort: 8080
  hostPort: 8080

livenessProbe:
  httpGet:
    path: /healthz
    port: liveness-port

使用启动探测器保护慢启动容器

有时候，会有一些现有的应用在启动时需要较长的初始化时间。要这种情况下，若要不影响对死锁作出快速响应的探测，设置存活探测参数是要技巧的。技巧就是使用相同的命令来设置启动探测，针对 HTTP 或 TCP 检测，可以通过将 failureThreshold * periodSeconds 参数设置为足够长的时间来应对糟糕情况下的启动时间。

这样，前面的例子就变成了：

ports:
- name: liveness-port
  containerPort: 8080
  hostPort: 8080

livenessProbe:
  httpGet:
    path: /healthz
    port: liveness-port
  failureThreshold: 1
  periodSeconds: 10

startupProbe:
  httpGet:
    path: /healthz
    port: liveness-port
  failureThreshold: 30
  periodSeconds: 10

幸亏有启动探测，应用程序将会有最多 5 分钟（30 * 10 = 300s）的时间来完成其启动过程。一旦启动探测成功一次，存活探测任务就会接管对容器的探测，对容器死锁作出快速响应。如果启动探测一直没有成功，容器会在 300 秒后被杀死，并且根据 restartPolicy 来执行进一步处置。

定义就绪探测器

有时候，应用会暂时性地无法为请求提供服务。例如，应用在启动时可能需要加载大量的数据或配置文件，或是启动后要依赖等待外部服务。在这种情况下，既不想杀死应用，也不想给它发送请求。 Kubernetes 提供了就绪探测器来发现并缓解这些情况。容器所在 Pod 上报还未就绪的信息，并且不接受通过 Kubernetes Service 的流量。

说明：

就绪探测器在容器的整个生命周期中保持运行状态。

注意：

活跃探测器 不等待 就绪性探测器成功。如果要在执行活跃探测器之前等待，应该使用 initialDelaySeconds 或 startupProbe。

就绪探测器的配置和存活探测器的配置相似。唯一区别就是要使用 readinessProbe 字段，而不是 livenessProbe 字段。

readinessProbe:
  exec:
    command:
    - cat
    - /tmp/healthy
  initialDelaySeconds: 5
  periodSeconds: 5

HTTP 和 TCP 的就绪探测器配置也和存活探测器的配置完全相同。

就绪和存活探测可以在同一个容器上并行使用。两者共同使用，可以确保流量不会发给还未就绪的容器，当这些探测失败时容器会被重新启动。

配置探测器

Probe 有很多配置字段，可以使用这些字段精确地控制活跃和就绪检测的行为：

initialDelaySeconds：容器启动后要等待多少秒后才启动存活和就绪探测器，默认是 0 秒，最小值是 0。
periodSeconds：执行探测的时间间隔（单位是秒）。默认是 10 秒。最小值是 1。
timeoutSeconds：探测的超时后等待多少秒。默认值是 1 秒。最小值是 1。
successThreshold：探测器在失败后，被视为成功的最小连续成功数。默认值是 1。存活和启动探测的这个值必须是 1。最小值是 1。
failureThreshold：当探测失败时，Kubernetes 的重试次数。对存活探测而言，放弃就意味着重新启动容器。对就绪探测而言，放弃意味着 Pod 会被打上未就绪的标签。默认值是 3。最小值是 1。

说明：

在 Kubernetes 1.20 版本之前，exec 探针会忽略 timeoutSeconds：探针会无限期地持续运行，甚至可能超过所配置的限期，直到返回结果为止。

这一缺陷在 Kubernetes v1.20 版本中得到修复。你可能一直依赖于之前错误的探测行为，甚至都没有觉察到这一问题的存在，因为默认的超时值是 1 秒钟。作为集群管理员，你可以在所有的 kubelet 上禁用 ExecProbeTimeout 特性门控（将其设置为 false），从而恢复之前版本中的运行行为。之后当集群中所有的 exec 探针都设置了 timeoutSeconds 参数后，移除此标志重载。如果你有 Pod 受到此默认 1 秒钟超时值的影响，你应该更新这些 Pod 对应的探针的超时值，这样才能为最终去除该特性门控做好准备。

当此缺陷被修复之后，在使用 dockershim 容器运行时的 Kubernetes 1.20+ 版本中，对于 exec 探针而言，容器中的进程可能会因为超时值的设置保持持续运行，即使探针返回了失败状态。

注意：

如果就绪态探针的实现不正确，可能会导致容器中进程的数量不断上升。如果不对其采取措施，很可能导致资源枯竭的状况。

HTTP 探测

HTTP Probes 允许针对 httpGet 配置额外的字段：

host：连接使用的主机名，默认是 Pod 的 IP。也可以在 HTTP 头中设置 “Host” 来代替。
scheme ：用于设置连接主机的方式（HTTP 还是 HTTPS）。默认是 "HTTP"。
path：访问 HTTP 服务的路径。默认值为 "/"。
httpHeaders：请求中自定义的 HTTP 头。HTTP 头字段允许重复。
port：访问容器的端口号或者端口名。如果数字必须在 1～65535 之间。

对于 HTTP 探测，kubelet 发送一个 HTTP 请求到指定的路径和端口来执行检测。除非 httpGet 中的 host 字段设置了，否则 kubelet 默认是给 Pod 的 IP 地址发送探测。如果 scheme 字段设置为了 HTTPS，kubelet 会跳过证书验证发送 HTTPS 请求。大多数情况下，不需要设置host 字段。这里有个需要设置 host 字段的场景，假设容器监听 127.0.0.1，并且 Pod 的 hostNetwork 字段设置为了 true。那么 httpGet 中的 host 字段应该设置为 127.0.0.1。可能更常见的情况是如果 Pod 依赖虚拟主机，你不应该设置 host 字段，而是应该在 httpHeaders 中设置 Host。

针对 HTTP 探针，kubelet 除了必需的 Host 头部之外还发送两个请求头部字段： User-Agent 和 Accept。这些头部的默认值分别是 kube-probe/{{ skew currentVersion >}} （其中 1.24 是 kubelet 的版本号）和 */*。

你可以通过为探测设置 .httpHeaders 来重载默认的头部字段值；例如：

livenessProbe:
  httpGet:
    httpHeaders:
      - name: Accept
        value: application/json

startupProbe:
  httpGet:
    httpHeaders:
      - name: User-Agent
        value: MyUserAgent

你也可以通过将这些头部字段定义为空值，从请求中去掉这些头部字段。

livenessProbe:
  httpGet:
    httpHeaders:
      - name: Accept
        value: ""

startupProbe:
  httpGet:
    httpHeaders:
      - name: User-Agent
        value: ""

TCP 探测

对于 TCP 探测而言，kubelet 在节点上（不是在 Pod 里面）发起探测连接，这意味着你不能在 host 参数上配置服务名称，因为 kubelet 不能解析服务名称。

探测器层面的 `terminationGracePeriodSeconds`

特性状态： Kubernetes v1.22 [beta]

在 1.21 发行版之前，Pod 层面的 terminationGracePeriodSeconds 被用来终止活跃探测或启动探测失败的容器。这一行为上的关联不是我们想要的，可能导致 Pod 层面设置了 terminationGracePeriodSeconds 时容器要花非常长的时间才能重新启动。

在 1.21 及更高版本中，当特性门控 ProbeTerminationGracePeriod 被启用时，用户可以指定一个探测器层面的 terminationGracePeriodSeconds 作为探测器规约的一部分。当该特性门控被启用，并且 Pod 层面和探测器层面的 terminationGracePeriodSeconds 都已设置，kubelet 将使用探测器层面设置的值。

在 Kubernetes 1.22 中，ProbeTerminationGracePeriod 特性门控只能用在 API 服务器上。 kubelet 始终遵守探针级别 terminationGracePeriodSeconds 字段（如果它存在于 Pod 上）。

如果你已经为现有 Pod 设置了 terminationGracePeriodSeconds 字段并且不再希望使用针对每个探针的终止宽限期，则必须删除现有的这类 Pod。

当你（或控制平面或某些其他组件）创建替换 Pod，并且特性门控 ProbeTerminationGracePeriod 被禁用时，API 服务器会忽略 Pod 级别的 terminationGracePeriodSeconds 字段设置，即使 Pod 或 Pod 模板指定了它。

例如:

spec:
  terminationGracePeriodSeconds: 3600  # Pod 级别设置
  containers:
  - name: test
    image: ...

    ports:
    - name: liveness-port
      containerPort: 8080
      hostPort: 8080

    livenessProbe:
      httpGet:
        path: /healthz
        port: liveness-port
      failureThreshold: 1
      periodSeconds: 60
      # 重载 Pod 级别的 terminationGracePeriodSeconds
      terminationGracePeriodSeconds: 60

探测器层面的 terminationGracePeriodSeconds 不能用于就绪态探针。这一设置将被 API 服务器拒绝。

接下来

进一步了解容器探针。

你也可以阅读以下的 API 参考资料：

Pod，尤其是：
- container
- probe

最后修改 July 25, 2022 at 7:29 PM PST: "Modify" both can ensure that "should translate to" both used together, can ensure that (c54c1ec450)

配置存活、就绪和启动探测器

准备开始

定义存活命令

定义一个存活态 HTTP 请求接口

定义 TCP 的存活探测

定义 gRPC 活跃探测器

使用命名端口

使用启动探测器保护慢启动容器

定义就绪探测器

配置探测器

HTTP 探测

TCP 探测

探测器层面的 terminationGracePeriodSeconds

接下来

反馈

探测器层面的 `terminationGracePeriodSeconds`