一、探針類型

Kubernetes（k8s）中的探針是一種健康檢查機(jī)制，用于監(jiān)測Pod內(nèi)容器的運(yùn)行狀況。主要包括以下三種類型的探針：

　　1、存活探針（Liveness Probe）

　　2、就緒探針（Readiness Probe）

　　3、啟動(dòng)探針（Startup Probe）（自1.16版本引入）

二、探針功能

1、啟動(dòng)探針（StartupProbe）

Kubernetes (k8s) 的啟動(dòng)探針（StartupProbe）主要用于檢測容器內(nèi)的應(yīng)用是否已經(jīng)成功啟動(dòng)并完成初始化任務(wù)。它的主要作用有以下幾點(diǎn)：

1. 延緩其他探針生效： 在容器啟動(dòng)初期，啟動(dòng)探針先于存活探針（LivenessProbe）和就緒探針（ReadinessProbe）生效。當(dāng)啟動(dòng)探針配置存在時(shí)，kubelet不會(huì)執(zhí)行存活和就緒探針，直到啟動(dòng)探針成功為止。這對(duì)于某些啟動(dòng)時(shí)間較長或者啟動(dòng)過程中有復(fù)雜初始化序列的應(yīng)用程序來說非常重要，可以避免在應(yīng)用還未完全啟動(dòng)時(shí)就被誤判為不健康或就緒，進(jìn)而被錯(cuò)誤地重啟或流量過早涌入。

2. 防止頻繁重啟： 若應(yīng)用啟動(dòng)期間，存活探針或就緒探針就開始工作，而此時(shí)應(yīng)用可能還沒有完全啟動(dòng)成功，這兩個(gè)探針可能會(huì)因?yàn)閼?yīng)用未能及時(shí)響應(yīng)而觸發(fā)容器重啟，造成不必要的服務(wù)中斷和循環(huán)重啟。啟動(dòng)探針的存在可以有效地防止此類情況的發(fā)生。

3. 確保應(yīng)用穩(wěn)定： 啟動(dòng)探針使得Kubernetes能夠在應(yīng)用真正啟動(dòng)完畢后才將其視為健康的，并開始接受流量，從而保障了集群中應(yīng)用服務(wù)的穩(wěn)定性。

2、就緒探針（Readiness Probe）

Kubernetes（k8s）中的就緒探針（Readiness Probe）主要作用是檢測容器是否已經(jīng)準(zhǔn)備好對(duì)外提供服務(wù)。具體來說：

1. 狀態(tài)評(píng)估： 就緒探針會(huì)定期對(duì)容器進(jìn)行檢查，以確定容器內(nèi)應(yīng)用程序是否完成了必要的初始化工作，并且能夠處理來自外部的請(qǐng)求或流量。

2. 流量路由控制： 當(dāng)就緒探針成功時(shí)，表示該容器內(nèi)部的應(yīng)用程序已處于可接受請(qǐng)求的狀態(tài)，此時(shí)kubelet會(huì)將該容器標(biāo)記為“就緒”狀態(tài)，Service將會(huì)將其IP地址添加到后端服務(wù)列表中，允許Service開始將網(wǎng)絡(luò)流量轉(zhuǎn)發(fā)至這個(gè)Pod。

3. 避免無效請(qǐng)求： 如果就緒探針失敗，則意味著容器可能還在啟動(dòng)過程中、正在重啟服務(wù)、或者由于某種原因暫時(shí)無法正常響應(yīng)請(qǐng)求。在這種情況下，kubelet會(huì)將容器從Service的后端池中移除，確保不會(huì)向其發(fā)送任何用戶請(qǐng)求，從而避免了因應(yīng)用未準(zhǔn)備完畢而引起的錯(cuò)誤響應(yīng)和用戶體驗(yàn)下降。

4. 平滑過渡： 通過就緒探針，Kubernetes可以實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)更新或部署過程中的平滑過渡，新版本的容器在通過就緒探針驗(yàn)證前，不會(huì)承擔(dān)任何實(shí)際流量，直到它們完全啟動(dòng)并做好處理請(qǐng)求的準(zhǔn)備。

總之，就緒探針是Kubernetes中用于保證服務(wù)質(zhì)量的關(guān)鍵機(jī)制之一，它使得集群能夠根據(jù)容器的實(shí)際運(yùn)行狀況動(dòng)態(tài)調(diào)整流量分配，確保系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性和可用性。

3、存活探針（Readiness Probe）

Kubernetes（k8s）中的存活探針（Liveness Probe）主要作用是檢測容器內(nèi)主進(jìn)程或服務(wù)是否仍然運(yùn)行正常且響應(yīng)健康檢查。具體來說：

1. 監(jiān)控狀態(tài)： 存活探針會(huì)定期對(duì)容器內(nèi)的應(yīng)用進(jìn)行檢查，以判斷其是否處于“存活”狀態(tài)，即應(yīng)用程序沒有崩潰、死鎖或其他不可恢復(fù)的錯(cuò)誤。

2. 自動(dòng)恢復(fù)： 當(dāng)存活探針檢測失敗時(shí)，kubelet將認(rèn)為該容器內(nèi)的主進(jìn)程已經(jīng)不再健康或者已停止提供預(yù)期的服務(wù)。此時(shí)，kubelet會(huì)根據(jù)Pod的重啟策略來決定是否應(yīng)該重新啟動(dòng)這個(gè)容器。通過這種方式，存活探針可以幫助實(shí)現(xiàn)故障自愈，及時(shí)恢復(fù)服務(wù)的可用性。

3. 避免僵死進(jìn)程： 如果一個(gè)容器由于內(nèi)部錯(cuò)誤而進(jìn)入不可用狀態(tài)但并未退出，存活探針能夠識(shí)別出這種情況，并觸發(fā)容器重啟，從而避免資源被僵死進(jìn)程占用。

4. 保持服務(wù)質(zhì)量： 通過持續(xù)監(jiān)控和及時(shí)重啟不健康的容器，存活探針有助于確保整個(gè)集群的服務(wù)質(zhì)量，減少因單個(gè)容器異常導(dǎo)致的整體服務(wù)失效的可能性。

總之，在Kubernetes中，存活探針是一種關(guān)鍵的健康管理機(jī)制，用于確保容器內(nèi)應(yīng)用程序始終維持在可接受的工作狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)問題時(shí)能迅速采取行動(dòng)修復(fù)問題。

三、探針探測周期

在Kubernetes（k8s）中，探針包括存活探針（Liveness Probe）、就緒探針（Readiness Probe）和啟動(dòng)探針（Startup Probe），它們執(zhí)行的時(shí)間點(diǎn)不同：

1. 啟動(dòng)探針（Startup Probe）：

   • 啟動(dòng)探針僅在容器啟動(dòng)階段執(zhí)行，探測成功后就不在探測。
   • 在容器啟動(dòng)后等待initialDelaySeconds開始探測。
   • 當(dāng)容器成功通過啟動(dòng)探針檢查，即連續(xù)成功達(dá)到successThreshold次數(shù)時(shí)，kubelet會(huì)停止執(zhí)行啟動(dòng)探針，并開始執(zhí)行存活探針和就緒探針。

2. 存活探針（Liveness Probe）：

   • 在容器啟動(dòng)并完成啟動(dòng)探針之后開始執(zhí)行。
   • 在容器啟動(dòng)后等待initialDelaySeconds開始執(zhí)行。如果配置了啟動(dòng)探針（Startup Probe），在啟動(dòng)探針成功后等待initialDelaySeconds開始探測。
   • 存活探針在整個(gè)容器生命周期內(nèi)持續(xù)進(jìn)行健康檢查，除非被暫時(shí)禁用或容器重啟。

3. 就緒探針（Readiness Probe）：

   • 與存活探針類似，也是在容器啟動(dòng)并可能完成啟動(dòng)探針之后開始執(zhí)行。
   • 在容器啟動(dòng)后等待initialDelaySeconds開始執(zhí)行。如果配置了啟動(dòng)探針（Startup Probe），在啟動(dòng)探針成功后等待initialDelaySeconds開始探測。
   • 就緒探針在整個(gè)容器生命周期內(nèi)持續(xù)進(jìn)行健康檢查，除非被暫時(shí)禁用或容器重啟。

四、探針的實(shí)現(xiàn)方式

1. HTTP GET 請(qǐng)求： Kubernetes通過向容器內(nèi)指定的端口發(fā)送一個(gè)HTTP GET請(qǐng)求來檢查應(yīng)用的狀態(tài)。如果收到的HTTP響應(yīng)碼在200-399范圍內(nèi)，則認(rèn)為該探測成功。

livenessProbe:
  httpGet:
    path: /health-check
    port: 8080
    httpHeaders: # 可選，用于設(shè)置自定義HTTP頭部
    - name: Custom-Header
      value: Value

2. TCP Socket 檢查： Kubernetes嘗試與容器上指定的端口建立TCP連接。如果能夠成功建立連接，則說明探測成功。

livenessProbe:
  tcpSocket:
    port: 8080

3. 執(zhí)行命令： 在容器內(nèi)部執(zhí)行一個(gè)命令，并根據(jù)命令退出時(shí)返回的狀態(tài)碼判斷容器是否正常運(yùn)行。通常情況下，如果命令返回0，則表示成功。

livenessProbe:
  exec:
    command:
    - cat
    - /tmp/health

五、探針的配置參數(shù)

Kubernetes（k8s）中的探針都支持一些通用的參數(shù)來定義它們的行為。以下是這些探針通常使用的配置參數(shù)：

livenessProbe:
  # 類型選擇器，可以選擇 httpGet、tcpSocket 或 exec 中的一種
  httpGet:         # HTTP GET 請(qǐng)求方式
    path: /health   # 要請(qǐng)求的路徑
    port: 8080      # 要請(qǐng)求的端口
    httpHeaders:     # 可選，HTTP 請(qǐng)求頭列表
    - name: X-Custom-Header
      value: Awesome
  tcpSocket:       # TCP Socket 檢查方式
    port: 8080      # 要連接的端口
  exec:            # 執(zhí)行命令檢查方式
    command:
    - cat
    - /tmp/healthy

  # 基本探測間隔參數(shù)：
  initialDelaySeconds: 30  # 容器啟動(dòng)后延遲多少秒開始執(zhí)行第一次探測，默認(rèn)為0秒
  periodSeconds: 10        # 探測的時(shí)間間隔，即每隔多少秒執(zhí)行一次，默認(rèn)為10秒（最小值1秒）
  
  # 控制何時(shí)判斷容器健康或不健康的閾值參數(shù)：
  timeoutSeconds: 1          # 探測超時(shí)時(shí)間，默認(rèn)為1秒（最小值1秒）
  successThreshold: 1        # 在連續(xù)失敗之后需要多少次連續(xù)成功才能認(rèn)為容器是健康的，默認(rèn)為1
  failureThreshold: 3        # 連續(xù)失敗多少次才觸發(fā)相應(yīng)動(dòng)作（如重啟容器對(duì)于存活探針）

readinessProbe: # 就緒探針配置類似
startupProbe:   # 啟動(dòng)探針配置也相似，不過主要用于檢測應(yīng)用是否完成啟動(dòng)過程

啟動(dòng)探針在Kubernetes 1.16版本以后引入，其配置參數(shù)與存活探針和就緒探針基本相同，但主要作用是在容器啟動(dòng)階段確定應(yīng)用程序是否已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，一旦啟動(dòng)探針確認(rèn)應(yīng)用程序啟動(dòng)成功，就會(huì)停止執(zhí)行并切換到其他探針繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)控。

六、探針使用

　　1、啟動(dòng)探針（Startup Probe）：推薦配置

• 不需要配置的情況：對(duì)于那些啟動(dòng)速度快、無需復(fù)雜初始化或依賴檢查就能立即對(duì)外提供服務(wù)的應(yīng)用程序來說，啟動(dòng)探針可能不是必需的。在這種情況下，可以僅依賴存活探針（Liveness Probe）和就緒探針（Readiness Probe）來確保容器運(yùn)行狀態(tài)和服務(wù)可用性。

• 建議配置的情況：然而，對(duì)于那些啟動(dòng)時(shí)間較長或者有復(fù)雜的初始化過程，需要一定時(shí)間才能準(zhǔn)備好對(duì)外提供服務(wù)的應(yīng)用程序來說，配置啟動(dòng)探針是很有幫助的。啟動(dòng)探針可以在應(yīng)用啟動(dòng)過程中阻止kubelet進(jìn)行不必要的健康檢查（如存活探針和就緒探針），直到應(yīng)用程序完成必要的啟動(dòng)步驟并真正準(zhǔn)備就緒為止。

綜上所述，雖然啟動(dòng)探針不是Kubernetes中每個(gè)Pod都必須設(shè)置的部分，但在特定應(yīng)用場景下，為了更精確地管理Pod的生命周期和流量引入時(shí)機(jī)，合理配置啟動(dòng)探針是非常有益的。

　　2、存活探針（Liveness Probe）：強(qiáng)烈推薦配置

• 不需要配置的情況：對(duì)于一些簡單、始終運(yùn)行且沒有潛在狀態(tài)問題的應(yīng)用程序來說，如果不設(shè)置存活探針可能也不會(huì)影響其正常運(yùn)行。在這種情況下，如果容器一旦啟動(dòng)就會(huì)持續(xù)提供服務(wù)，并且在出現(xiàn)任何故障時(shí)都會(huì)自行退出或重啟，那么可以不使用存活探針。

• 建議配置的情況：然而，對(duì)于大多數(shù)生產(chǎn)環(huán)境中的復(fù)雜應(yīng)用，尤其是那些長時(shí)間運(yùn)行后可能會(huì)遇到內(nèi)部錯(cuò)誤導(dǎo)致無法響應(yīng)請(qǐng)求或者進(jìn)入死鎖狀態(tài)的應(yīng)用，配置存活探針是非常重要的。通過存活探針，Kubernetes 能夠及時(shí)檢測到這類問題并自動(dòng)重啟容器，從而保證服務(wù)的高可用性和穩(wěn)定性。

總結(jié)起來，雖然不是每個(gè) Pod 必須都要設(shè)置存活探針，但在實(shí)際部署中強(qiáng)烈推薦針對(duì)可能出現(xiàn)僵死狀態(tài)的應(yīng)用進(jìn)行健康檢查以確保容器始終處于可提供服務(wù)的狀態(tài)。

　　3、就緒探針（Readiness Probe）：推薦配置

• 不需要配置的情況：對(duì)于那些啟動(dòng)后立即就能處理客戶端請(qǐng)求且不涉及任何額外初始化或依賴檢查的應(yīng)用程序，可以不設(shè)置就緒探針。在這種情況下，應(yīng)用一旦運(yùn)行起來就可以被路由流量。

• 建議配置的情況：然而，對(duì)于許多生產(chǎn)級(jí)別的復(fù)雜應(yīng)用來說，特別是在啟動(dòng)過程中需要加載數(shù)據(jù)、建立連接或者完成其他預(yù)熱操作才能對(duì)外提供服務(wù)時(shí)，配置就緒探針是至關(guān)重要的。通過就緒探針，Kubernetes 可以確保只有準(zhǔn)備完畢并能夠正確響應(yīng)請(qǐng)求的容器才會(huì)被添加到 Service 的負(fù)載均衡池中，從而避免將流量導(dǎo)向還未完全準(zhǔn)備好的 Pod，提高服務(wù)質(zhì)量和用戶體驗(yàn)。

總之，雖然不是每個(gè)Pod都必須設(shè)置就緒探針，但在大多數(shù)實(shí)際部署場景下，為了更好地管理服務(wù)可用性狀態(tài)和防止未就緒容器接受外部請(qǐng)求，推薦為具有明顯初始化過程的應(yīng)用程序設(shè)置就緒探針。

七、探針組合使用

　　1、啟動(dòng)探針+存活探針

　　現(xiàn)象：啟動(dòng)探針在pod啟動(dòng)后等待initialDelaySeconds后開始探測，探測成功后就會(huì)退出，pod會(huì)立馬進(jìn)入就緒狀態(tài)即endpoints中加入pod的地址即可接收流量。啟動(dòng)探針探測失敗次數(shù)達(dá)到failureThreshold后才會(huì)重啟pod。啟動(dòng)探針成功退出后存活探針等待initialDelaySeconds后啟動(dòng)。存活探針在pod運(yùn)行期間如探測失敗達(dá)到failureThreshold后則重啟pod。

　　缺點(diǎn)：對(duì)于一些項(xiàng)目啟動(dòng)后還需要一些初始化的工作，如不配置就緒探針，啟動(dòng)探針探測成功后會(huì)立即接收流量，此時(shí)項(xiàng)目還未初始化完成會(huì)造成項(xiàng)目無法處理請(qǐng)求。

　　2、就緒探針+存活探針

　　現(xiàn)象：就緒探針和存活探針分別等待各自的initialDelaySeconds后開始探測，就緒探針探測成功pod進(jìn)入就緒狀態(tài)即endpoints中加入pod的地址即可接收流量，探測失敗failureThreshold后將從endpoints中去掉pod的地址即停止接收流量。存活探針如探測失敗達(dá)到failureThreshold后則重啟pod。

　　缺點(diǎn)：對(duì)于一些啟動(dòng)時(shí)間比較長的項(xiàng)目，如不配置啟動(dòng)探針可能會(huì)造成存活探針探測失敗而導(dǎo)致pod頻繁重啟。

　　3、啟動(dòng)探針+就緒探針+存活探針

　　現(xiàn)象：啟動(dòng)探針在pod啟動(dòng)后等待initialDelaySeconds后開始探測，探測成功后就會(huì)退出，此時(shí)pod不會(huì)進(jìn)入就緒狀態(tài)。就緒探針等待initialDelaySeconds后開始探測，探測成功后pod進(jìn)入就緒狀態(tài)即endpoints中加入pod的地址即可接收流量，探測失敗則流量無法進(jìn)入。同時(shí)存活探針等待initialDelaySeconds后也開始探測，如探測失敗達(dá)到failureThreshold后則重啟pod。

八、推薦配置

#由于啟動(dòng)探針探測成功后就會(huì)退出，所以為了保證項(xiàng)目成功且快速啟動(dòng)，可以將initialDelaySeconds、periodSeconds設(shè)置小，failureThreshold設(shè)置大
startupProbe:
  tcpSocket:
    port: 8080
  initialDelaySeconds: 5
  periodSeconds: 5
  failureThreshold: 20
  timeoutSeconds: 5
  successThreshold: 1
#就緒探針在啟動(dòng)探針探測成功后執(zhí)行，可以預(yù)留30s等待其他初始化工作
readinessProbe:
  tcpSocket:
    port: 8080
  initialDelaySeconds: 30
  periodSeconds: 5
  failureThreshold: 3
  timeoutSeconds: 5
  successThreshold: 1
#存活探針探測失敗會(huì)導(dǎo)致pod重啟，因此將failureThreshold設(shè)置比就緒探針大，這樣如果項(xiàng)目有問題可以先切斷流量
livenessProbe:
  tcpSocket:
    port: 8080
  initialDelaySeconds: 30
  periodSeconds: 5
  failureThreshold: 10
  timeoutSeconds: 5
  successThreshold: 1

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