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工作负载概述

更新时间:2024-12-17 GMT+08:00
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工作负载是在Kubernetes上运行的应用程序。无论您的工作负载是单个组件还是协同工作的多个组件,您都可以在Kubernetes上的一组Pod中运行它。在Kubernetes中,工作负载是对一组Pod的抽象模型,用于描述业务的运行载体,包括DeploymentStatefulSetDaemonSetJobCronJob等多种类型。

云容器引擎CCE提供基于Kubernetes原生类型的容器部署和管理能力,支持容器工作负载部署、配置、监控、扩容、升级、卸载、服务发现及负载均衡等生命周期管理。

容器组(Pod)

容器组(Pod)是Kubernetes创建或部署的最小单位。一个Pod封装一个或多个容器(Container)、存储资源(Volume)、一个独立的网络IP以及管理控制容器运行方式的策略选项。

Pod使用主要分为两种方式:

  • Pod中运行一个容器。这是Kubernetes最常见的用法,您可以将Pod视为单个封装的容器,但是Kubernetes是直接管理Pod而不是容器。
  • Pod中运行多个需要耦合在一起工作、需要共享资源的容器。通常这种场景下应用包含一个主容器和几个辅助容器(SideCar Container),如图1所示,例如主容器为一个web服务器,从一个固定目录下对外提供文件服务,而辅助容器周期性的从外部下载文件存到这个固定目录下。
    图1 Pod

实际使用中很少直接创建Pod,而是使用Kubernetes中称为Controller的抽象层来管理Pod实例,例如Deployment和Job。Controller可以创建和管理多个Pod,提供副本管理、滚动升级和自愈能力。通常,Controller会使用Pod Template来创建相应的Pod。

无状态负载(Deployment)

Pod是Kubernetes创建或部署的最小单位,但是Pod是被设计为相对短暂的一次性实体,Pod可以被驱逐(当节点资源不足时)、随着集群的节点崩溃而消失。Kubernetes提供了Controller(控制器)来管理Pod,Controller可以创建和管理多个Pod,提供副本管理、滚动升级和自愈能力,其中最为常用的就是Deployment。

图2 Deployment

一个Deployment可以包含一个或多个Pod副本,每个Pod副本的角色相同,所以系统会自动为Deployment的多个Pod副本分发请求。

Deployment集成了上线部署、滚动升级、创建副本、恢复上线的功能,在某种程度上,Deployment实现无人值守的上线,大大降低了上线过程的复杂性和操作风险。

有状态负载(StatefulSet)

Deployment控制器下的Pod都有个共同特点,那就是每个Pod除了名称和IP地址不同,其余完全相同。需要的时候,Deployment可以通过Pod模板创建新的Pod;不需要的时候,Deployment就可以删除任意一个Pod。

但是在某些场景下,这并不满足需求,比如有些分布式的场景,要求每个Pod都有自己单独的状态时,比如分布式数据库,每个Pod要求有单独的存储,这时Deployment无法满足业务需求。

分布式有状态应用的特点主要是应用中每个部分的角色不同(即分工不同),比如数据库有主备、Pod之间有依赖,在Kubernetes中部署有状态应用对Pod有如下要求:

  • Pod能够被别的Pod找到,要求Pod有固定的标识。
  • 每个Pod有单独存储,Pod被删除恢复后,必须读取原来的数据,否则状态就会不一致。

Kubernetes提供了StatefulSet来解决这个问题,其具体如下:

  1. StatefulSet给每个Pod提供固定名称,Pod名称增加从0-N的固定后缀,Pod重新调度后Pod名称和HostName不变。
  2. StatefulSet通过Headless Service给每个Pod提供固定的访问域名。
  3. StatefulSet通过创建固定标识的PVC保证Pod重新调度后还是能访问到相同的持久化数据。
    图3 StatefulSet

守护进程集(DaemonSet)

DaemonSet(守护进程集)在集群的每个节点上运行一个Pod,且保证只有一个Pod,非常适合一些系统层面的应用,例如日志收集、资源监控等,这类应用需要每个节点都运行,且不需要太多实例,一个比较好的例子就是Kubernetes的kube-proxy。

DaemonSet跟节点相关,如果节点异常,也不会在其他节点重新创建。

图4 DaemonSet

普通任务(Job)和定时任务(CronJob)

Job和CronJob是负责批量处理短暂的一次性任务(short lived one-off tasks),即仅执行一次的任务,它保证批处理任务的一个或多个Pod成功结束。

  • Job:是Kubernetes用来控制批处理型任务的资源对象。批处理业务与长期伺服业务(Deployment、StatefulSet)的主要区别是批处理业务的运行有头有尾,而长期伺服业务在用户不停止的情况下永远运行。Job管理的Pod根据用户的设置把任务成功完成就自动退出(Pod自动删除)。
  • CronJob:是基于时间的Job,就类似于Linux系统的crontab文件中的一行,在指定的时间周期运行指定的Job。

任务负载的这种用完即停止的特性特别适合一次性任务,比如持续集成。

工作负载生命周期说明

表1 状态说明

状态

说明

运行中

所有实例都处于运行中、或实例数为0时显示此状态。

未就绪

容器处于异常、负载下实例没有正常运行时显示此状态。

处理中

负载没有进入运行状态但也没有报错时显示此状态。

可用

当多实例无状态工作负载运行过程中部分实例异常,可用实例不为0,工作负载会处于可用状态。

执行完成

任务执行完成,仅普通任务存在该状态。

已停止

触发停止操作后,工作负载会处于停止状态,实例数变为0。v1.13之前的版本存在此状态。

删除中

触发删除操作后,工作负载会处于删除中状态。

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