Init 容器

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Init 容器

该特性在 1.6 版本已经推出 beta 版本。Init 容器可以在 PodSpec 中同应用程序的 containers 数组一起来指定。 beta 注解的值将仍需保留，并覆盖 PodSpec 字段值。

本文讲解 Init 容器的基本概念，它是一种专用的容器，在应用程序容器启动之前运行，并包括一些应用镜像中不存在的实用工具和安装脚本。

概念

在K8S的POD中，有两类容器，一类是系统容器（POD Container），一类是用户容器（User Container），在用户容器中，现在又分成两类容器，一类是初始化容器（Init Container），一类是应用容器（App Container）。

Init Container就是做初始化工作的容器。可以有一个或多个，如果多个按照定义的顺序依次执行，只有所有的执行完后，主容器才启动。由于一个Pod里的存储卷是共享的，所以Init Container里产生的数据可以被主容器使用到。

Init Container可以在多种K8S资源里被使用到如Deployment、DaemonSet, StatefulSet、Job等，但都是在Pod启动时，在主容器启动前执行，做初始化工作。

理解 Init 容器

能够具有多个容器，应用运行在容器里面，但是它也可能有一个或多个先于应用容器启动的 Init 容器。

Init 容器与普通的容器非常像，除了如下两点：

Init 容器总是运行到成功完成为止。
每个 Init 容器都必须在下一个 Init 容器启动之前成功完成。

如果 Pod 的 Init 容器失败，Kubernetes 会不断地重启该 Pod，直到 Init 容器成功为止。然而，如果 Pod 对应的 restartPolicy 为 Never，它不会重新启动。

指定容器为 Init 容器，在 PodSpec 中添加 initContainers 字段，以类型对象的 JSON 数组的形式，还有 app 的 containers 数组。 Init 容器的状态在 status.initContainerStatuses 字段中以容器状态数组的格式返回（类似 status.containerStatuses 字段）。

与普通容器的不同之处

Init 容器支持应用容器的全部字段和特性，包括资源限制、数据卷和安全设置。然而，Init 容器对资源请求和限制的处理稍有不同，在下面处有说明。而且 Init 容器不支持 Readiness Probe，因为它们必须在 Pod 就绪之前运行完成。

如果为一个 Pod 指定了多个 Init 容器，那些容器会按顺序一次运行一个。每个 Init 容器必须运行成功，下一个才能够运行。当所有的 Init 容器运行完成时，Kubernetes 初始化 Pod 并像平常一样运行应用容器

Init 容器能做什么？

因为 Init 容器具有与应用程序容器分离的单独镜像，所以它们的启动相关代码具有如下优势：

它们可以包含并运行实用工具，但是出于安全考虑，是不建议在应用程序容器镜像中包含这些实用工具的。
它们可以包含使用工具和定制化代码来安装，但是不能出现在应用程序镜像中。例如，创建镜像没必要 FROM 另一个镜像，只需要在安装过程中使用类似 sed、 awk、 python 或 dig 这样的工具。
应用程序镜像可以分离出创建和部署的角色，而没有必要联合它们构建一个单独的镜像。
Init 容器使用 Linux Namespace，所以相对应用程序容器来说具有不同的文件系统视图。因此，它们能够具有访问 Secret 的权限，而应用程序容器则不能。
它们必须在应用程序容器启动之前运行完成，而应用程序容器是并行运行的，所以 Init 容器能够提供了一种简单的阻塞或延迟应用容器的启动的方法，直到满足了一组先决条件。

应用场景

等待其它模块Ready

比如使用apache部署web服务，需要做一些准备工作（例如从git服务器上拉取代码、检查运行环境是否到位等），可以在运行Web服务的Pod里使用一个Init Container，去执行准备工作，完成后Init Container结束退出，然后启动正在的apache容器。

做初始化配置

比如集群里检测所有已经存在的成员节点，为主容器准备好集群的配置信息，这样主容器起来后就能用这个配置信息加入集群。

例子1：

下面是一个 Init 容器的示例：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: init-demo
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
    ports:
    - containerPort: 80
    volumeMounts:
    - name: workdir
      mountPath: /usr/share/nginx/html
  # These containers are run during pod initialization
  initContainers:
  - name: install
    image: busybox
    command:
    - wget
    - "-O"
    - "/work-dir/index.html"
    - http://kubernetes.io
    volumeMounts:
    - name: workdir
      mountPath: "/work-dir"
  dnsPolicy: Default
  volumes:
  - name: workdir
    emptyDir: {}

因为 Init 容器具有与应用容器分离的单独镜像，使用 init 容器启动相关代码具有如下优势：

它们可以包含并运行实用工具，出于安全考虑，是不建议在应用容器镜像中包含这些实用工具的。
它们可以包含使用工具和定制化代码来安装，但是不能出现在应用镜像中。例如，创建镜像没必要 FROM 另一个镜像，只需要在安装过程中使用类似 sed、 awk、 python 或 dig 这样的工具。
应用镜像可以分离出创建和部署的角色，而没有必要联合它们构建一个单独的镜像。
它们使用 Linux Namespace，所以对应用容器具有不同的文件系统视图。因此，它们能够具有访问 Secret 的权限，而应用容器不能够访问。
它们在应用容器启动之前运行完成，然而应用容器并行运行，所以 Init 容器提供了一种简单的方式来阻塞或延迟应用容器的启动，直到满足了一组先决条件。

Init 容器的资源计算，选择一下两者的较大值：

所有 Init 容器中的资源使用的最大值
Pod 中所有容器资源使用的总和

Init 容器的重启策略：

如果 Init 容器执行失败，Pod 设置的 restartPolicy 为 Never，则 pod 将处于 fail 状态。否则 Pod 将一直重新执行每一个 Init 容器直到所有的 Init 容器都成功。
如果 Pod 异常退出，重新拉取 Pod 后，Init 容器也会被重新执行。所以在 Init 容器中执行的任务，需要保证是幂等的。

例子2 此为1.5的语法

cat << EOF > lykops-deploy-init-container.yaml
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: lykops-deploy-init-container
  labels:
    project: lykops
    app: init-container
    version: v1         
  annotations:
    pod.beta.K8S.io/init-containers: 
    - name: apache-web,
      image: web:apache,
      command: ["sh", "httpd -t"]
spec:
  replicas: 1
  minReadySeconds: 30
  selector:
    matchLabels:
      name: lykops-deploy-init-container
      project: lykops
      app: init-container
      version: v1
  template:
    metadata:
      labels:
        name: lykops-deploy-init-container
        project: lykops
        app: init-container
        version: v1
    spec:
      containers:
      - name: webapache
        image: web:apache
        command: [ "sh", "/etc/run.sh" ]
        ports:
        - containerPort: 80
          name: http
          protocol: TCP
EOF
kubectl create -f lykops-deploy-init-container.yaml

示例

下面是一些如何使用 Init 容器的想法：

等待一个 Service 创建完成，通过类似如下 shell 命令：

  for i in {1..100}; do sleep 1; if dig myservice; then exit 0; fi; exit 1

将 Pod 注册到远程服务器，通过在命令中调用 API，类似如下：

  curl -X POST http://$MANAGEMENT_SERVICE_HOST:$MANAGEMENT_SERVICE_PORT/register -d 'instance=$(<POD_NAME>)&ip=$(<POD_IP>)'

在启动应用容器之前等一段时间，使用类似 sleep 60 的命令。
克隆 Git 仓库到数据卷。
将配置值放到配置文件中，运行模板工具为主应用容器动态地生成配置文件。例如，在配置文件中存放 POD_IP 值，并使用 Jinja 生成主应用配置文件。

使用 Init 容器

这是 Kubernetes 1.6 版本的新语法，尽管老的 annotation 语法仍然可以使用。我们已经把 Init 容器的声明移到 spec 中：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myapp-pod
  labels:
    app: myapp
spec:
  containers:
  - name: myapp-container
    image: busybox
    command: ['sh', '-c', 'echo The app is running! && sleep 3600']
  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;']

在 Kubernetes 1.6 版本中，Init 容器在 API 中新建了一个字段。虽然期望使用 beta 版本的 annotation，但在未来发行版将会被废弃掉。

下面的 yaml 文件展示了 mydb 和 myservice 两个 Service：

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

这个 Pod 可以使用下面的命令进行启动和调试：

$ kubectl create -f myapp.yaml
pod "myapp-pod" created
$ kubectl get -f myapp.yaml
NAME        READY     STATUS     RESTARTS   AGE
myapp-pod   0/1       Init:0/2   0          6m
$ kubectl describe -f myapp.yaml 
Name:          myapp-pod
Namespace:     default
[...]
Labels:        app=myapp
Status:        Pending
[...]
Init Containers:
  init-myservice:
[...]
    State:         Running
[...]
  init-mydb:
[...]
    State:         Waiting
      Reason:      PodInitializing
    Ready:         False
[...]
Containers:
  myapp-container:
[...]
    State:         Waiting
      Reason:      PodInitializing
    Ready:         False
[...]
Events:
  FirstSeen    LastSeen    Count    From                      SubObjectPath                           Type          Reason        Message
  ---------    --------    -----    ----                      -------------                           --------      ------        -------
  16s          16s         1        {default-scheduler }                                              Normal        Scheduled     Successfully assigned myapp-pod to 172.17.4.201
  16s          16s         1        {kubelet 172.17.4.201}    spec.initContainers{init-myservice}     Normal        Pulling       pulling image "busybox"
  13s          13s         1        {kubelet 172.17.4.201}    spec.initContainers{init-myservice}     Normal        Pulled        Successfully pulled image "busybox"
  13s          13s         1        {kubelet 172.17.4.201}    spec.initContainers{init-myservice}     Normal        Created       Created container with docker id 5ced34a04634; Security:[seccomp=unconfined]
  13s          13s         1        {kubelet 172.17.4.201}    spec.initContainers{init-myservice}     Normal        Started       Started container with docker id 5ced34a04634
$ kubectl logs myapp-pod -c init-myservice # Inspect the first init container
$ kubectl logs myapp-pod -c init-mydb      # Inspect the second init container

一旦我们启动了 mydb 和 myservice 这两个 Service，我们能够看到 Init 容器完成，并且 myapp-pod 被创建：

$ kubectl create -f services.yaml
service "myservice" created
service "mydb" created
$ kubectl get -f myapp.yaml
NAME        READY     STATUS    RESTARTS   AGE
myapp-pod   1/1       Running   0          9m

这个例子非常简单，但是应该能够为我们创建自己的 Init 容器提供一些启发。

具体行为

在 Pod 启动过程中，Init 容器会按顺序在网络和数据卷初始化之后启动。每个容器必须在下一个容器启动之前成功退出。如果由于运行时或失败退出，导致容器启动失败，它会根据 Pod 的 restartPolicy 指定的策略进行重试。然而，如果 Pod 的 restartPolicy 设置为 Always，Init 容器失败时会使用 RestartPolicy策略。

在所有的 Init 容器没有成功之前，Pod 将不会变成 Ready 状态。 Init 容器的端口将不会在 Service 中进行聚集。正在初始化中的 Pod 处于 Pending 状态，但应该会将条件 Initializing 设置为 true。

对 Init 容器 spec 的修改，被限制在容器 image 字段中。更改 Init 容器的 image 字段，等价于重启该 Pod。

因为 Init 容器可能会被重启、重试或者重新执行，所以 Init 容器的代码应该是幂等的。特别地，被写到 EmptyDirs 中文件的代码，应该对输出文件可能已经存在做好准备。

Init 容器具有应用容器的所有字段。除了 readinessProbe，因为 Init 容器无法定义不同于完成（completion）的就绪（readiness）的之外的其他状态。这会在验证过程中强制执行。

在 Pod 上使用 activeDeadlineSeconds，在容器上使用 livenessProbe，这样能够避免 Init 容器一直失败。这就为 Init 容器活跃设置了一个期限。

在 Pod 中的每个 app 和 Init 容器的名称必须唯一；与任何其它容器共享同一个名称，会在验证时抛出错误。

资源

为 Init 容器指定顺序和执行逻辑，下面对资源使用的规则将被应用：

在所有 Init 容器上定义的，任何特殊资源请求或限制的最大值，是 有效初始请求/限制
Pod 对资源的有效请求/限制要高于：
- 所有应用容器对某个资源的请求/限制之和
- 对某个资源的有效初始请求/限制
基于有效请求/限制完成调度，这意味着 Init 容器能够为初始化预留资源，这些资源在 Pod 生命周期过程中并没有被使用。
Pod 的 有效 QoS 层，是 Init 容器和应用容器相同的 QoS 层。

基于有效 Pod 请求和限制来应用配额和限制。 Pod 级别的 cgroups 是基于有效 Pod 请求和限制，和调度器相同。

Pod 重启的原因

Pod 能够重启，会导致 Init 容器重新执行，主要有如下几个原因：

用户更新 PodSpec 导致 Init 容器镜像发生改变。应用容器镜像的变更只会重启应用容器。
Pod 基础设施容器被重启。这不多见，但某些具有 root 权限可访问 Node 的人可能会这样做。
当 restartPolicy 设置为 Always，Pod 中所有容器会终止，强制重启，由于垃圾收集导致 Init 容器完整的记录丢失。

支持与兼容性

Apiserver 版本为 1.6 或更高版本的集群，通过使用 spec.initContainers 字段来支持 Init 容器。之前的版本可以使用 alpha 和 beta 注解支持 Init 容器。 spec.initContainers 字段也被加入到 alpha 和 beta 注解中，所以 Kubernetes 1.3.0 版本或更高版本可以执行 Init 容器，并且 1.6 版本的 apiserver 能够安全地回退到 1.5.x 版本，而不会使存在的已创建 Pod 失去 Init 容器的功能。

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