Kubernetes 学习笔记：Pod 基础与 YAML 编排

本笔记聚焦于 Kubernetes Pod 的核心概念、YAML 编排语法以及 Pod 生命周期管理，剔除了 Volume 存储相关内容。通过大量可直接运行的示例代码，帮助读者快速掌握 Pod 的配置与运维。

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1. YAML 格式精要

Kubernetes 中一切资源皆可用 YAML 描述。掌握 YAML 语法是编写 K8s 配置清单的第一步。

1.1 基本规则

• 只使用空格缩进，禁止 Tab 键，习惯使用 2 个空格。
• 同一层级元素保持相同缩进。
• 子元素比父元素多一层缩进。
• 适当增加空行以提高可读性。
• 在 Vim 中建议执行 :set paste 避免粘贴时自动缩进错乱。

1.2 常见数据结构

类型	描述	示例（普通格式）	示例（内联格式，不推荐）
注释	# 后的内容为注释	# 这是一条注释	some: value # 行末注释
字符串	通常不加引号，也可加单/双引号	name: laoma	"name: laoma"
多行字符串	`	保留换行；>` 将换行转为空格	`msg:
字典（映射）	键值对集合	user: name: laoma uid: 1088	user: {name: laoma, uid: 1088}
列表（数组）	以 - 开头的一系列项	names: - httpd - firewalld	names: [httpd, firewalld]

1.3 一个 Pod 的 YAML 示例

yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
    run: wordpress
  name: wordpress
  namespace: pods
spec:
  containers:
  - image: wordpress
    imagePullPolicy: Always
    name: wordpress
  nodeName: worker31.laoma.cloud
  restartPolicy: Always

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2. Kubernetes Pod 核心概念

Pod 是 Kubernetes 中最小的调度、管理和自愈单元，是容器的“外壳”与运行环境。

2.1 Pod 与容器的区别

特性	容器	Pod
最小调度单位	❌	✅
独立 IP	❌	✅
多容器支持	❌	✅（同一 Pod 内共享网络和存储）
生命周期管理	弱	完整（重启策略、自愈）
所属层面	容器运行时	Kubernetes API 对象

一句话总结：Pod 是 Kubernetes 对容器的一层抽象，它封装了一个或多个紧密耦合的容器，并为它们提供了统一的网络命名空间、存储挂载和生命周期管理。

2.2 pause 容器的作用

每个 Pod 内部都会自动运行一个极简的 pause 容器（也叫 infra 容器），它的作用至关重要：

• 持有 Pod 的 Linux Namespace：所有业务容器都加入 pause 的网络、PID 等命名空间，从而实现 localhost 互访和共享 IP。
• 保证 Pod 生命周期稳定：pause 容器永远第一个启动、最后一个退出。即使业务容器崩溃重启，Pod 的 IP 和网络环境也不会改变。

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3. 多容器 Pod 实践

3.1 示例：WordPress + MySQL 双容器 Pod

以下 YAML 定义了一个包含 MySQL 和 WordPress 两个容器的 Pod，它们通过 127.0.0.1 相互通信。

pod-blog.yaml

yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: bbs
  labels:
    run: bbs
spec:
  containers:
  - image: mysql:latest
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    name: mysql
    env:
    - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
      value: "123"
    - name: MYSQL_USER
      value: tom
    - name: MYSQL_PASSWORD
      value: "123"
    - name: MYSQL_DATABASE
      value: bbs
    ports:
    - containerPort: 3306
      name: mysql
      protocol: TCP
  - image: wordpress:latest
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    name: wordpress
    env:
    - name: WORDPRESS_DB_USER
      value: tom
    - name: WORDPRESS_DB_PASSWORD
      value: "123"
    - name: WORDPRESS_DB_NAME
      value: bbs
    - name: WORDPRESS_DB_HOST
      value: "127.0.0.1"          # 使用本地回环地址访问同 Pod 内的 MySQL
    ports:
    - containerPort: 80
      name: wordpress
      protocol: TCP
      hostPort: 80                # 将容器的 80 端口映射到宿主机 80 端口

3.2 多容器 Pod 运维命令

bash

# 创建 Pod 并查看状态
kubectl apply -f pod-blog.yaml
kubectl get pods -o wide

# 在指定容器中执行命令（-c 指定容器名）
kubectl exec bbs -c wordpress -- hostname

# 向指定容器拷贝文件
kubectl cp /etc/hosts bbs:/new-hosts -c wordpress

# 创建 Service 暴露服务
kubectl expose pod bbs --type NodePort
kubectl get svc bbs

# 进入 MySQL 容器交互
kubectl exec -it bbs -c mysql -- mysql -utom -p123

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4. Pod 关键属性详解

使用 kubectl explain 可以随时查阅字段说明，例如：kubectl explain pod.spec.containers。

4.1 Pod 规格（spec）常用字段

字段	类型	说明
containers	[]Object	必填，Pod 中的容器列表
nodeName	string	将 Pod 调度到指定节点
restartPolicy	string	重启策略：Always / OnFailure / Never
initContainers	[]Object	初始化容器，按顺序运行，全部成功后才会启动普通容器

4.2 容器规格（containers）常用字段

字段	类型	说明
name	string	必填，容器名称
image	string	容器镜像
imagePullPolicy	string	镜像拉取策略
command	[]string	覆盖容器的 ENTRYPOINT
args	[]string	覆盖容器的 CMD
env	[]Object	环境变量列表
ports	[]Object	暴露的端口列表

4.3 镜像拉取策略（imagePullPolicy）

策略值	行为
Always	每次都从仓库拉取最新镜像
IfNotPresent	本地有则用本地，无则拉取（推荐）
Never	仅使用本地镜像，不存在则报错

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5. Pod 生命周期与状态

5.1 Pod 常见状态

状态	含义
ContainerCreating	正在创建容器（拉镜像、分配资源等）
Running	Pod 已绑定节点，所有容器已创建，至少一个容器正在运行
Completed	所有容器正常退出，且重启策略为 Never
Error	容器异常终止
CrashLoopBackOff	容器反复崩溃，kubelet 正在指数退避重启
ErrImagePull / ImagePullBackOff	镜像拉取失败

5.2 容器状态（container states）

• Waiting：等待某些条件满足（如镜像下载）。
• Running：正在运行。
• Terminated：运行结束（正常或异常）。

5.3 单容器 Pod 状态实验

YAML 1：正常退出的容器

yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: busybox
  labels:
    app: busybox
spec:
  restartPolicy: Never
  containers:
  - name: busybox
    image: busybox
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    command: ['sh', '-c', 'echo Hello Kubernetes! && sleep 10']

观察状态变化：ContainerCreating → Running → Completed

YAML 2：命令错误的容器

yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: busybox
  labels:
    app: busybox
spec:
  restartPolicy: Never
  containers:
  - name: busybox
    image: busybox
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    command: ['sh', '-c', 'echoxxx Hello Kubernetes! && sleep 5']

观察状态：ContainerCreating → Error

5.4 多容器 Pod 状态实验

一个容器正常，一个容器错误

yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: busybox
  labels:
    app: busybox
spec:
  restartPolicy: Never
  containers:
  - name: busybox1
    image: busybox
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    command: ['sh', '-c', 'echoxx Hello Kubernetes! && sleep 5']
  - name: busybox2
    image: busybox
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    command: ['sh', '-c', 'echo Hello Kubernetes! && sleep 20']

最终 Pod 状态会变为 Error。只要有一个容器非正常退出，整个 Pod 就会进入失败状态。

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6. Pod 重启策略（restartPolicy）

重启策略针对 Pod 内的所有容器生效，当容器退出时，kubelet 根据策略决定是否重启。

策略	行为
Always	任何情况下退出都自动重启（默认值）
OnFailure	仅当退出码非 0（失败）时才重启
Never	无论何种退出码，都不重启

6.1 单容器重启策略实验

验证 OnFailure 策略下错误命令的重启行为

yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: busybox
  labels:
    app: busybox
spec:
  restartPolicy: OnFailure
  containers:
  - name: busybox
    image: busybox
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    command: ['sh', '-c', 'echoxxx Hello Kubernetes! && sleep 5']

Pod 会不断重启，状态在 Error 与 Running 之间反复。

6.2 多容器重启策略说明

• 只要任意一个容器触发重启条件，kubelet 就会重启整个 Pod（所有容器重新创建）。
• 使用 Always 策略时，即使所有容器都正常退出，Pod 也会被不断重启。
• 使用 Never 策略时，Pod 退出后不再重启。

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7. Init 容器（Init Containers）

Init 容器是一种特殊的容器，在 Pod 内的普通容器启动之前按顺序执行。只有当所有 Init 容器都成功完成，普通容器才会启动。

典型应用场景：

• 等待依赖服务就绪（如数据库、后端 API）。
• 执行初始化操作（如数据库迁移、配置文件生成）。
• 延迟主容器启动。

7.1 示例：等待服务就绪

以下 Pod 中的两个 Init 容器会轮询 DNS 解析 myservice 和 mydb，解析成功后才启动主容器。

yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myapp-pod
  labels:
    app: myapp
spec:
  initContainers:
  - name: init-myservice
    image: busybox
    command: ['sh', '-c', 'until nslookup myservice; do echo waiting for myservice; sleep 2; done;']
  - name: init-mydb
    image: busybox
    command: ['sh', '-c', 'until nslookup mydb; do echo waiting for mydb; sleep 2; done;']
  containers:
  - name: myapp-container
    image: busybox
    command: ['sh', '-c', 'echo The app is running! && sleep 3600']

配套 Service（需提前创建）：

yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: myservice
spec:
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 9376
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mydb
spec:
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 9377

7.2 示例：通过共享卷传递初始化文件

yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myapp-pod
spec:
  volumes:
  - name: workdir
    emptyDir: {}
  initContainers:
  - name: init-create-file
    image: busybox
    command: ['sh', '-c', 'touch /work-dir/init-file.txt']
    volumeMounts:
    - name: workdir
      mountPath: "/work-dir"
  containers:
  - name: myapp-container
    image: busybox
    command: ['sh', '-c', 'ls -l /work-dir && sleep 3600']
    volumeMounts:
    - name: workdir
      mountPath: "/work-dir"

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8. 静态 Pod（Static Pod）

静态 Pod 是由节点上的 kubelet 直接管理的 Pod，而非通过 API Server 创建。Kubernetes 控制平面组件（如 kube-apiserver、kube-controller-manager）通常以静态 Pod 形式运行。

8.1 工作原理

• kubelet 启动参数中通过 --pod-manifest-path 或配置文件中的 staticPodPath 指定一个目录。
• kubelet 定期扫描该目录下的 YAML 文件，并自动创建/删除对应的静态 Pod。
• 静态 Pod 在 API Server 中可见（以 NodeName 为前缀），但无法通过 API Server 修改或删除。

8.2 查看集群静态 Pod 配置

bash

# 查看 kubelet 的静态 Pod 目录
grep staticPodPath /var/lib/kubelet/config.yaml
# 输出：staticPodPath: /etc/kubernetes/manifests

# 查看控制平面组件的静态 Pod 定义文件
ls -1 /etc/kubernetes/manifests
# 输出：
# etcd.yaml
# kube-apiserver.yaml
# kube-controller-manager.yaml
# kube-scheduler.yaml

注意：切勿随意修改或删除 /etc/kubernetes/manifests 下的文件，否则可能导致集群控制平面故障。

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9. 知识点一览表

9.1 YAML 数据结构速查

结构	写法示例
字典	key: subkey: value
列表	items: - item1 - item2
多行字符串（保留换行）	`msg:
多行字符串（合并为一行）	msg: > long long string

9.2 Pod 关键字段速查表

层级	字段	作用
spec	containers	定义容器列表
spec	restartPolicy	重启策略：Always / OnFailure / Never
spec	initContainers	初始化容器，按序执行
spec	nodeName	指定调度节点
spec.containers	image	镜像地址
spec.containers	imagePullPolicy	拉取策略：Always / IfNotPresent / Never
spec.containers	command / args	覆盖容器启动命令与参数
spec.containers	env	环境变量列表

9.3 Pod 生命周期状态速查

状态	含义	常见原因
Pending	等待调度或拉取镜像	资源不足、镜像拉取慢
ContainerCreating	正在创建容器	拉取镜像中
Running	运行中	至少一个容器仍在运行
Completed	成功完成	所有容器正常退出，且重启策略为 Never
Error	容器异常退出	命令错误、OOMKilled 等
CrashLoopBackOff	反复崩溃重启中	容器启动后立即退出
ImagePullBackOff	镜像拉取失败	镜像名错误、仓库认证失败

9.4 常用 kubectl 命令速查

命令	用途
kubectl explain pod.spec.containers	查看字段文档
kubectl apply -f <file>	创建/更新资源
kubectl get pods -o wide	查看 Pod 及所在节点、IP
kubectl describe pod <name>	查看 Pod 详细事件和状态
kubectl exec <pod> -c <container> -- <cmd>	在指定容器中执行命令
kubectl cp <src> <pod>:<dest> -c <container>	向容器拷贝文件
kubectl delete pod <name> --force	强制删除 Pod
kubectl logs <pod> -c <container>	查看容器日志

9.5 Init 容器与普通容器对比

特性	Init 容器	普通容器
运行顺序	先于普通容器，且按顺序执行	所有 Init 容器成功后并行启动
生命周期	执行完即退出	持续运行（或按命令退出）
失败处理	根据 restartPolicy 决定是否重试	同左
典型用途	初始化、依赖等待	提供长期服务