云计算之k8s系列_第十回
在k8s中，有几种特殊的Volume，他们存在的意义不是为了存放容器里的数据，也不是用来进行容器和宿主机之间的数据交换。这些特殊volume的作用，是为容器提供预先定义好的数据。被称为projected volume（投射）到目前为止，k8s支持的projected volume一共有四种： 1.Secret；2.ConfigMap；3.Downward API；...
在k8s中，有几种特殊的Volume，他们存在的意义不是为了存放容器里的数据，也不是用来进行容器和宿主机之间的数据交换。这些特殊volume的作用，是为容器提供预先定义好的数据。被称为projected volume（投射）
到目前为止，k8s支持的projected volume一共有四种：
1.Secret；
2.ConfigMap；
3.Downward API；
4.ServiceAccountToken；
Secret：帮你把pod想要访问的加密数据，存放到Etcd中。然后，你就可以通过pod的容器里挂载volume的方式，访问到这些Secret里保存的信息。
Secret最经典的使用场景，莫过于存放数据库的Credential(凭证)信息：
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: test-projected-volume
spec:
containers:
- name: test-secret-volume
image: busybox
args:
- sleep
- "86400"
volumeMounts:
- name: mysql-cred
mountPath: "/projected-volume"
readOnly: true
volumes:
- name: mysql-cred
projected:
sources:
- secret:
name: user
- secret:
name: pass
在这个pod中，我定义了一个简单的容器。他声明挂载volume，并不是常见的emptyDir或者hostPath类型，而是projected类型。而这个volume的数据来源(sources)，则是名为user和pass的Secret对象，分别对应的是数据库的用户名和密码。
这里用到的数据库的用户名、密码，正是以secret对象的方式交给kubernetes保存的。完成这个操作的指令。
$ cat ./username.txt
admin
$ cat ./password.txt
c1oudc0w!
$ kubectl create secret generic user --from-file=./username.txt
$ kubectl create secret generic pass --from-file=./password.txt
其中，username.txt和password.txt文件里，存放的就是用户名和密码；而user和pass，则是我为secret对象指定的名字。而我想要查看这些secret对象的话，只要执行一条kubectl get命令：
$ kubectl get secrets
NAME TYPE DATA AGE
user Opaque 1 51s
pass Opaque 1 51s
当然，除了使用kubectl create secret指令外，我也可以直接通过编写YAML文件的方式来创建这个Secret对象。
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
name: mysecret
type: Opaque
data:
user: YWRtaW4=
pass: MWYyZDFlMmU2N2Rm
可以看到，通过编写YAML文件创建出来的Secret对象只有一个。但它的data字段，却以key-value的格式保存了两份secret数据。其中，“user”就是第一份数据的Key，“pass”是第二份数据的key。
secret对象必须经过Base64转码，以免出现明文密码的安全隐患。
$ echo -n 'admin' | base64
YWRtaW4=
$ echo -n '1f2d1e2e67df' | base64
MWYyZDFlMmU2N2Rm
这里需要注意的是，像这样创建的secret对象，它里面的内容仅仅经过了转码，而并没有被加密。在真正地生产环境中，你需要在k8s中开启secret的加密插件，增强数据的安全性。
接下来，创建这个pod：
$ kubectl create -f test-projected-volume.yaml
当pod变成running状态之后，我们再验证一下这些secret对象是不是已经在容器里了：
$ kubectl exec -it test-projected-volume -- /bin/sh
$ ls /projected-volume/
user
pass
$ cat /projected-volume/user
root
$ cat /projected-volume/pass
1f2d1e2e67df
从返回结果中，我们可以看到，保存在Etcd里的用户名和密码信息，已经以文件的形式出现在了容器的volume目录里。而这个文件的名字，就是kubectl create secret指定的key，或者说是secret对象的data字段指定的key。
更重要的是，像这样通过挂载方式进入到容器的secret，一旦其对应的Etcd里的数据被更新，这些volume里的文件内容，同样也会被更新。其实，这是kubelet组件在定时维护这些volume。
ConfigMap：ConfigMap保存的是不需要加密的、应用所需的配置信息。而ConfigMap的用法几乎与Secret完全相同：你可以使用kubectl create configmap从文件或者目录创建ConfigMap，也可以直接编写ConfigMap对象的YAML文件。
例子：一个java应用所需的配置文件(.properties文件)，就可以通过下面这样的方式保存在ConfigMap里：
# .properties 文件的内容
$ cat example/ui.properties
color.good=purple
color.bad=yellow
allow.textmode=true
how.nice.to.look=fairlyNice# 从.properties 文件创建 ConfigMap
$ kubectl create configmap ui-config --from-file=example/ui.properties# 查看这个 ConfigMap 里保存的信息 (data)
$ kubectl get configmaps ui-config -o yaml
apiVersion: v1
data:
ui.properties: |
color.good=purple
color.bad=yellow
allow.textmode=true
how.nice.to.look=fairlyNice
kind: ConfigMap
metadata:
name: ui-config
...
kubectl get -o yaml 这样的参数，会将指定的pod api对象以YAML的方式展示出来。
Downward API：让pod里的容器能够直接获取到这个pod API对象本身的信息。
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: test-downwardapi-volume
labels:
zone: us-est-coast
cluster: test-cluster1
rack: rack-22
spec:
containers:
- name: client-container
image: k8s.gcr.io/busybox
command: ["sh", "-c"]
args:
- while true; do
if [[ -e /etc/podinfo/labels ]]; then
echo -en '\n\n'; cat /etc/podinfo/labels; fi;
sleep 5;
done;
volumeMounts:
- name: podinfo
mountPath: /etc/podinfo
readOnly: false
volumes:
- name: podinfo
projected:
sources:
- downwardAPI:
items:
- path: "labels"
fieldRef:
fieldPath: metadata.labels在这个pod的YAML文件中，我定义了一个简单的容器，声明了一个projected类型的volume。只不过这次volume的数据来源，变成了Downward API。而这个Downward API Volume，则声明了要暴露pod的metadata.labels信息给容器。
通过这样的声明方式，当前pod的labels字段的值，就会被k8s自动挂载成为容器里的/etc/podinfo/labels文件。
而这个容器的启动命令，则是不断打印出/etc/podinfo/labels里的内容。所以，当我创建了这个pod之后，就可以通过kubectl logs指令，查看到这些labels字段被打印出来：
$ kubectl create -f dapi-volume.yaml
$ kubectl logs test-downwardapi-volume
cluster="test-cluster1"
rack="rack-22"
zone="us-est-coast"
目前，Downward API支持的字段已经非常丰富了：
1. 使用 fieldRef 可以声明使用:
spec.nodeName - 宿主机名字
status.hostIP - 宿主机 IP
metadata.name - Pod 的名字
metadata.namespace - Pod 的 Namespace
status.podIP - Pod 的 IP
spec.serviceAccountName - Pod 的 Service Account 的名字
metadata.uid - Pod 的 UID
metadata.labels['<KEY>'] - 指定 <KEY> 的 Label 值
metadata.annotations['<KEY>'] - 指定 <KEY> 的 Annotation 值
metadata.labels - Pod 的所有 Label
metadata.annotations - Pod 的所有 Annotation
2. 使用 resourceFieldRef 可以声明使用:
容器的 CPU limit
容器的 CPU request
容器的 memory limit
容器的 memory request
上面这个列表的内容，随着k8s项目的发展肯定还会不断增加。所以这个列出来的信息仅供参考，你在使用Downward API时，还是要记得去查阅一下官方文档。
不过，需要注意的是，Downward API能够获取到的信息，一定是pod里的容器进程启动之前就能够确定下来的信息。而如果你想要获取pod容器运行后才会出现的信息，比如，容器进程的PID，那就肯定不能使用Downward API了，而应该考虑在pod里定义的一个sidecar容器。
其实，secret、ConfigMap、Downward API这三种projected volume定义的信息，大多还可以通过环境变量的方式出现在容器里。但是，通过环境变量获取这些信息的方式，不具备自动更新的能力。所以，一般情况下，我都建议你使用volume文件的方式获取这些信息。
明白secret之后，我们了解下与它密切相关的概念：Service Account。
背景：我现在有了一个Pod，能不能在这个Pod里安装一个k8s的Client，这样就可以从容器里直接访问并且操作这个k8s的API了？
答案是可以，不过我们首先要解决API Server的授权问题。
Service Account 对象的作用，就是k8s系统内置的一种“服务账户”，它是k8s进行分配的对象。如：Service Account A,可以只被允许对k8s API进行GET操作，而Server Account B，则可以有k8s API的所有操作的权限。
像这样的Service Account的授权信息和文件，实际上保存在它所绑定的一个特殊的Secret对象里的，称作ServiceAccountToken。任何运行在k8s集群上的应用，都必须使用这个ServiceAccountToken里保存的授权信息，也就是Token，才可以合法的使用 API Server。
所以准确的说：k8s项目只有三种projected volume对象，ServiceAccountToken知识一种特殊的Secret。
另外，k8s为我们提供了一个默认“服务账户”(default Service Account)。并且，任何一个运行在k8s里的Pod，都可以直接使用这个Service Account，而无需显示地声明挂载它。
ServiceAccountToken原理：如果你查看一下任意一个运行在k8s集群里的Pod，就会发现，每一个Pod，都已经自动声明一个类型是default-token-xxxx的volume，然后自动挂载在每个容器的一个固定目录上：
$ kubectl describe pod nginx-deployment-5c678cfb6d-lg9lw
Containers:
...
Mounts:
/var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount from default-token-s8rbq (ro)
Volumes:
default-token-s8rbq:
Type: Secret (a volume populated by a Secret)
SecretName: default-token-s8rbq
Optional: false
这个Secret正是默认Service Account对应的ServiceAccountToken。所以，k8s其实在每个Pod创建的时候，自动在它的spec.volumes部分添加了默认ServiceAccountToken的定义，然后自动给每个容器加上了对应的volumeMount字段。这个过程对于用户来说是完全同名了。
这样，一旦Pod创建完成，容器里的应用就可以直接从这个默认ServiceAccountToken的挂载目录里访问到授权信息和文件。这个容器的路径在k8s里是固定的：/var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount ，而这个Secret类型的Volume里面的内容：
$ ls /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount
ca.crt namespace token所以，你的应用程序只要直接加载这些授权文件，就可以访问并操作k8s API了。而且，如果你使用的是k8s官方的client包(k8s/io/client-go)的话，它还可以自动加载这个目录下的文件，你不需要做任何配置或者编码操作。
这种把k8s客户端以容器的方式运行在集群里，然后使用default Service Account自动授权的方式，被称作“InClusterConfig”，也是我们最推荐的进行k8s API编程的授权方式。
当然，考录到自动挂载默认ServiceAccountToken的潜在风险，k8s允许你设置默认不为Pod里的容器自动挂载这个Volume。
除了这个默认的Service Account外，我们很多时候还需要创建一些我们自己定义的Service Account，来对应不同的权限设置。这样，我们的pod里的容器就可以通过挂载这些Service Account对应的ServiceAccountToken，来使用这些自定义的授权信息。
接下来，一起看看pod的另一个重要的配置：容器健康检查和恢复机制。
在k8s中，你可以为pod里的容器定义一个健康检查“探针”probe。这样，kubelet就会根据这个probe的返回值决定这个容器的状态，而不是直接以容器进行是否运行作为依据。这种机制，是生产环境中保证应用健康存活的重要手段。
例子：
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
labels:
test: liveness
name: test-liveness-exec
spec:
containers:
- name: liveness
image: busybox
args:
- /bin/sh
- -c
- touch /tmp/healthy; sleep 30; rm -rf /tmp/healthy; sleep 600
livenessProbe:
exec:
command:
- cat
- /tmp/healthy
initialDelaySeconds: 5
periodSeconds: 5在这个pod中，我们定义了一个有趣的容器。在它启动之后的第一件事，就是在/tmp下创建healthy文件，以此作为自己已经经常运行的标志。而30s之后，它会把这个文件删除。
与此同时，我们定义了一个这样的livenessProbe（健康检查）。它的类型是exec，这意味着，它会在容器启动后，在容器里面执行一句我们指定的命令。这时，如果这个文件存在，这条命令的返回值就是0，pod就会认为这个容器不仅已经启动，而且是健康的。这个健康检查，在容器启动5s后开始执行(initialDelaySeconds: 5)，每5s执行一次(periodSeconds: 5)。
首先，创建这个pod：
$ kubectl create -f test-liveness-exec.yaml然后，查看这个pod的状态：
$ kubectl get pod
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
test-liveness-exec 1/1 Running 0 10s可以看到，由于已经通过了健康检查，这个pod就进入running状态。
而30s之后，我们再查看pod的EVENTS：
$ kubectl describe pod test-liveness-exec
这个pod在Events里报告了一个异常：
FirstSeen LastSeen Count From SubobjectPath Type Reason Message
--------- -------- ----- ---- ------------- -------- ------ -------
2s 2s 1 {kubelet worker0} spec.containers{liveness} Warning Unhealthy Liveness probe failed: cat: can't open '/tmp/healthy': No such file or directory显然，健康检查发现/tmp/healthy文件不存在了，所以它报告容器是不健康的，然后再次查看pod的状态：
$ kubectl get pod test-liveness-exec
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
liveness-exec 1/1 Running 1 1m发现pod并没有进入Failed状态，而是保持了running状态。但是RESTART字段从0变成了1，说明这个异常的容器已经被k8s重启了。在这个过程中，pod保持running的状态不变。
注意：k8s中没有docker的stop语义。所以虽然restart，但是却是重新创建了容器。
这个功能就是k8s里的pod恢复机制，也叫restartPolicy。它是pod的spec部分的一个标准字段(pod.spec.restartPolicy)，默认值是Always，即：任何时候这个容器发生了异常，它一定会被重新启动。
强调：pod的恢复过程，永远都是发生在当前节点上，而不会跑到别的节点上去。事实上，一旦一个pod与一个节点node绑定，除非这个绑定发生了变化(pod.spec.node字段被修改)，否则它永远都不会离开这个节点。这也意味着，如果这个宿主机宕机了，这个pod也不会主动迁移到其他节点上去。
而如果你想让pod出现在其他的可用节点上，就必须使用DePloyment这样的“控制器”来管理pod，哪怕你只需要一个pod副本。
除此之外，我们还可以通过设置restartPolicy，改变pod的恢复策略。
Always： 在任何情况下，只要容器不在运行状态，就自动重启容器；
OnFailure：只在容器异常时才自动重启容器；
Never：从来不重启容器。
在实际使用时，我们需要根据应用运行的特性，合理设置这三种恢复策略。比如：一个pod，只计算1+1=2，计算完成输出结果后退出，变成successed状态。这时，你如果再用restartPolicy=Always强制重启这个容器就没有意义了。
而如果你要关心这个容器退出后的上下文环境，如日志，文件，目录，就需要将值设为Never。因为一旦容器被自动重新创建，这些内容就有可能丢失。
这里有两个基本的设计原理：
1.只要pod的restartPolicy指定的策略允许重启异常的容器，那么这个pod就会保持running状态，并进行容器重启。否则pod就会进入failed状态。
2.对于包含多个容器的pod，只有它里面所有的容器都进入异常状态后，pod才会进入failed状态。在此之前，pod都是running状态。此时，pod的READY字段会显示正常容器的个数：
$ kubectl get pod test-liveness-exec
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
liveness-exec 0/1 Running 1 1m所以，假如一个pod里只有一个容器，然后这个容器异常退出了。那么，只有当restartPolicy=Never时，这个pod才会进入failed状态。而其他情况下，由于k8s都可以重启这个容器，所以它会保持running不变。
而如果这个pod有多个容器，仅有一个容器异常退出，它就始终保持running状态，哪怕restartPolicy=Never。只有当所有容器也异常退出之后，这个pod才会进入failed状态。
除了在容器中执行命令，livenessProbe还可以定义为发起HTTP或者TCP请求的方式：
...
livenessProbe:
httpGet:
path: /healthz
port: 8080
httpHeaders:
- name: X-Custom-Header
value: Awesome
initialDelaySeconds: 3
periodSeconds: 3...
livenessProbe:
tcpSocket:
port: 8080
initialDelaySeconds: 15
periodSeconds: 20所以，你的pod其实可以暴露一个健康检查URL(比如/healthz)，或者直接让健康检查去检测应用的监听端口。这两种配置方法，在web服务类的应用中经常用到。
在 Kubernetes 的 Pod 中，还有一个叫readinessProbe 的字段。虽然它的用法与 lienessProbe 类似，但作用却大不一样。readinessProbe 检查结果的成功与否，决定的这个 Pod 是不是能被通过 Service 的方式访问到，而并不影响pod的生命周期。
到此，我们已经对pod对象的语义和描述能力有了初步的感觉，那么k8s能不能自动给pod填充某些字段呢？这个需求实际上非常实用。比如，开发人员只需要提交一个基本的、非常简单的 Pod YAML， k8s就可以自动给对应的pod对象加上其他必要的信息，如labels、annotations、volumes等。而这些信息，可以是运维人员事先定义好的。这叫作PodPreset（Pod预设置）功能，k8s v1.11版本后出现。
例如，现在开发人员编写了如下一个pod.yaml文件：
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: website
labels:
app: website
role: frontend
spec:
containers:
- name: website
image: nginx
ports:
- containerPort: 80这时，运维人员可以定义一个PodPreset对象。在这个对象中，凡是他想在开发人员编写的pod里追加的字段，都可以预先定义好，比如preset.yaml:
apiVersion: settings.k8s.io/v1alpha1
kind: PodPreset
metadata:
name: allow-database
spec:
selector:
matchLabels:
role: frontend
env:
- name: DB_PORT
value: "6379"
volumeMounts:
- mountPath: /cache
name: cache-volume
volumes:
- name: cache-volume
emptyDir: {}在这个PodPreset中，首先是selector。这就意味着后面追加的定义，只会作用于selecter锁定义的，带有"role:frontend"标签的pod对象。
然后，我们定义了一组pod的spec里的标准字段，以及对应的值。比如，env定义了DB_PORT这个环境变量，volumeMount定义了容器Volume的挂载目录，volumes定义了一个emptyDir的volume。
接下来，我们先创建PodPreset，然后运行开发人员创建的pod：
$ kubectl create -f preset.yaml
$ kubectl create -f pod.yaml这时，pod运行起来之后，我们查看一下这个pod的API对象：
$ kubectl get pod website -o yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: website
labels:
app: website
role: frontend
annotations:
podpreset.admission.kubernetes.io/podpreset-allow-database: "resource version"
spec:
containers:
- name: website
image: nginx
volumeMounts:
- mountPath: /cache
name: cache-volume
ports:
- containerPort: 80
env:
- name: DB_PORT
value: "6379"
volumes:
- name: cache-volume
emptyDir: {}这个时候，我们就可以清楚地看到，这个pod里多了新添加的labels、env、volumes和volumeMount的定义，他们的配置跟PodPreset内容一样。此外，这个Pod还被自动加上了一个annotation表示这个pod对象被PodPreset改动过。
PodPreset里定义的内容，只会在Pod API对象被创建之前追加在这个对象本身，而不会影响任何pod的控制器的定义。
比如，我们现在提交的是一个nginx-deployment，那么这个deployment对象本身是永远不会被PodPreset改变的，被修改的只是这个deployment创建出来的所有pod。
如果定义了同时作用于一个pod对象的多个PodPreset，k8s会帮我们合并这些PodPreset要做的修改。而如果它们要做的修改有冲突的话，这些冲突字段就不会被修改。
总结
今天我们了解了pod对象更高阶的使用方法，希望通过对这些实例的讲解，你可以更深入地理解pod api对象的各个字段。k8s“一切皆对象”的设计思想：比如应用时pod对象，应用的配置是ConfigMap对象，应用要访问的密码则是secret对象。k8s就是围绕着这些各种各样的对象进行容器编排的。
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