Kubernetes Pod 標籤註解與 Job 管理實務

在 Kubernetes 環境中，有效管理 Pod 和 Job 是確保應用程式穩定執行和資源最佳化的關鍵。本文將會逐步說明如何使用標籤和註解來組織和管理 Pod，並探討 Job 的生命週期管理，包含如何設定重啟策略、控制平行度、設定完成次數以及自動清理等技巧。這些技術將有助於提升 Kubernetes 叢集的維運效率和資源利用率。

在 Kubernetes 中管理 Pod 的標籤與註解

新增標籤

在本文中，我們將學習如何新增和移除 Pod 的標籤與註解，同時也會學習如何修改已經存在於叢集中的 Pod 的標籤。

首先，讓我們使用之前根據 NGINX 映像的 Pod 為例。我們將使用一個名為 tier 的標籤重新建立它，該標籤的值為 frontend。以下是用於此操作的 kubectl 命令：

$ kubectl run nginx-pod --image nginx --labels "tier=frontend"

正如你所看到的，可以使用 --labels 引數來分配標籤。你也可以透過使用 --labels 引數和逗號分隔的值來新增多個標籤，如下所示：

$ kubectl run nginx-pod --image nginx --labels="app=myapp,env=dev,tier=frontend"

在這裡，nginx Pod 將被建立並具有兩個標籤。

--labels 旗標有一個簡短版本，稱為 -l。你可以使用它來使命令更短且更易讀。標籤也可以附加到 YAML Pod 定義中。下面是相同的 Pod，持有我們之前建立的兩個標籤，但這次是使用宣告式語法建立的：

# labelled_pod.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx-pod
  labels:
    environment: prod
    tier: frontend
spec:
  containers:
  - name: nginx-container
    image: nginx:latest

假設該檔案已建立在 ~/labelled_pod.yaml。以下 kubectl 命令將以與之前相同的方式建立 Pod：

$ kubectl apply -f ~/labelled_pod.yaml

這次，執行我們之前使用的命令應該至少傳回一個 Pod——也就是我們剛才建立的：

$ kubectl get pod -l environment=prod
NAME        READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-pod   1/1     Running   0          31m

現在，讓我們學習如何列出附加到我們的 Pod 的標籤。

列出附加到 Pod 的標籤

沒有專門的命令用於列出附加到 Pod 的標籤，但是可以使 kubectl get pods 的輸出變得更加詳細。透過使用 --show-labels 引數，命令的輸出將包括附加到 Pod 的標籤：

$ kubectl get pods --show-labels
NAME        READY   STATUS    RESTARTS   AGE   LABELS
nginx-pod   1/1     Running   0          56s   environment=prod,tier=frontend

這個命令不會根據標籤執行任何查詢；相反，它將標籤本身顯示為輸出的一部分。

新增或更新執行中 Pod 的標籤

既然我們已經學會瞭如何建立帶有標籤的 Pod，那麼接下來我們將學習如何新增標籤到執行中的 Pod。你可以使用 kubectl label 命令隨時新增、建立或修改資源的標籤。在這裡，我們將為我們的 nginx Pod 新增另一個名為 stack 且值為 blue 的標籤：

$ kubectl label pod nginx-pod stack=blue
pod/nginx-pod labeled

這個命令只有在 Pod 沒有名為 stack 的標籤時才有效。當命令執行時，它只能新增一個新的標籤，而不能更新它。執行以下命令以檢視變更是否已套用：

$ kubectl get pods nginx-pod --show-labels
NAME        READY   STATUS    RESTARTS   AGE   LABELS
nginx-pod   1/1     Running   0          38m   environment=prod,stack=blue,tier=frontend

要更新現有的標籤，你必須在前面的命令中附加 --overwrite 引數。讓我們更新 stack=blue 標籤，使其變為 stack=green；請注意覆寫引數：

$ kubectl label pod nginx-pod stack=green --overwrite
pod/nginx-pod labeled

這裡，標籤應該被更新。stack 標籤現在應該等於 green。再次執行以下命令以顯示 Pod 及其標籤：

$ kubectl get pods nginx-pod --show-labels
NAME        READY   STATUS    RESTARTS   AGE   LABELS
nginx-pod   1/1     Running   0          41m   environment=prod,stack=green,tier=frontend

刪除執行中 Pod 的標籤

就像我們新增和更新了執行中 Pod 的標籤一樣，我們也可以刪除它們。該命令有點棘手。在這裡，我們將刪除名為 stack 的標籤，可以透過在標籤名稱後面新增減號（`-）來實作：

$ kubectl label pod nginx-pod stack-
pod/nginx-pod unlabeled

在命令末尾新增減號可能有點奇怪，但再次執行 kubectl get pods --show-labels 應該會顯示 stack 標籤現在已經消失：

$ kubectl get pods nginx-pod --show-labels

新增註解

Kubernetes 註解是你可以附加到各種 Kubernetes 物件（如 Pod、Deployments 和 Services）的鍵值對。它們允許你在不改變這些物件核心功能的情況下新增額外資訊。與用於識別和選擇的標籤不同，註解旨在儲存可以用於人類可讀性或外部工具的其他資料。註解可以包括諸如組態資訊或建立者的姓名等詳細資訊。

讓我們學習如何為 Pod 新增註解：

# annotated_pod.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  annotations:
    tier: webserver
  name: nginx-pod
  labels:
    environment: prod
    tier: frontend
spec:
  containers:
  - name: nginx-container
    image: nginx:latest

重點解析：

Annotations 與 Labels 的區別：Annotations 用於儲存額外的資訊，而 Labels 用於物件的識別和選擇。
使用場景：Annotations 可以包含組態資訊、建立者的姓名等，而 Labels 用於建立 Kubernetes 物件之間的關聯。
操作方式：可以使用 YAML 定義檔案或 kubectl annotate 命令來新增或更新 Annotations。

重點提示：

使用 Labels 時應謹慎，因為它們會影響 Kubernetes 物件之間的關聯。
新增或更新 Labels 可能會破壞現有的關聯，因此建議在建立 Pod 時就定義好 Labels，以保持 Kubernetes 組態的不變性。
在可能的情況下，摧毀並重新建立資源，而不是更新已經執行的組態。

在Kubernetes中執行容器化任務

使用註解增強Pod管理

在Kubernetes中，除了基本的Pod組態外，還可以透過註解（Annotations）為Pod新增額外的後設資料。例如，為Pod新增tier: webserver註解，以標識該Pod執行的是HTTP伺服器。

containers:
- name: nginx-container
  image: nginx:latest

此處增加了tier: webserver註解，有助於識別該Pod的用途。值得注意的是，註解的鍵名可以使用DNS名稱作為字首，這是Kubernetes元件（如kube-scheduler）標識自身的方式。

要檢視Pod的註解，可以使用以下命令：

$ kubectl describe Pod nginx-pod
$ kubectl get po -o yaml
$ kubectl get pod nginx-pod -o json | jq '.metadata.annotations'

內容解密：

kubectl describe Pod：用於檢視Pod的詳細資訊，包括註解。
kubectl get po -o yaml：以YAML格式輸出Pod的詳細組態。
kubectl get pod nginx-pod -o json | jq '.metadata.annotations'：使用jq工具解析JSON輸出，提取.metadata.annotations欄位。

啟動第一個Job

在Kubernetes中，Job是一種用於執行一次性任務的資源物件。它透過建立一個或多個Pod來完成特定的計算任務。

為什麼需要Job？

雖然可以直接建立Pod來執行命令，但Job提供了更進階的管理功能，例如：

多次執行Pod
平行執行多個Pod
在Pod失敗時重試
在指定時間後終止Pod

建立Job

以下是一個簡單的Job示例，使用busybox映象執行echo 'Hello world'命令：

# hello-world-job.yaml
apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:
  name: hello-world-job
spec:
  template:
    metadata:
      name: hello-world-job
    spec:
      restartPolicy: OnFailure
      containers:
      - name: hello-world-container
        image: busybox
        command: ["/bin/sh", "-c"]
        args: ["echo 'Hello world'"]

內容解密：

apiVersion: batch/v1：指定Job的API版本。
kind: Job：定義資源型別為Job。
restartPolicy: OnFailure：設定失敗重啟策略，若Pod或容器失敗，將會重啟。
containers：定義容器相關組態，包括映象、命令和引數。

建立Job後，可以使用以下命令檢視其狀態：

$ kubectl apply -f hello-world-job.yaml
$ kubectl get jobs

輸出結果將顯示Job的完成狀態和執行時間。

內容解密：

kubectl apply -f hello-world-job.yaml：根據YAML檔案建立Job。
kubectl get jobs：檢視Job的狀態，包括完成數和執行時間。

在 Kubernetes 中執行容器的工作管理

瞭解 Job 物件的 restartPolicy

在 Kubernetes 中，Job 物件用於執行一次性任務，而 restartPolicy 引數則控制著任務失敗時的重啟策略。該引數可設為兩個選項：Never 和 OnFailure。

當設定為 Never 時，即使任務失敗，Kubernetes 也不會重啟 Pod。這在除錯失敗的任務時非常有用，因為它可以防止 Pod 被反覆重建，從而簡化除錯過程。
當設定為 OnFailure 時，如果任務失敗，Kubernetes 將嘗試重啟 Pod。重啟的間隔時間會每次加倍，從 10 秒開始，直到 6 分鐘後放棄。

檢視 Job 日誌

要確認 Job 是否成功執行，可以檢視其日誌：

$ kubectl logs jobs/hello-world-job
Hello world

或者，先取得 Job 建立的 Pod 名稱，然後檢視該 Pod 的日誌：

$ kubectl logs pods/hello-world-job-2qh4d
Hello world

瞭解 Job 的 backoffLimit

預設情況下，Kubernetes Job 會在失敗後 6 分鐘內嘗試重啟 Pod 六次。您可以透過 backoffLimit 選項修改此限制。

# hello-world-job-2.yaml
apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:
  name: hello-world-job-2
spec:
  backoffLimit: 3
  template:
    metadata:
      name: hello-world-job-2
    spec:
      restartPolicy: OnFailure
      containers:
      - name: hello-world-container
        image: busybox
        command: ["/bin/sh", "-c"]
        args: ["echo 'Hello world'"]

程式碼解析：

backoffLimit: 3 表示 Job 在失敗後最多重試 3 次。
restartPolicy: OnFailure 表示當容器失敗時重啟。
使用 busybox 映象執行簡單的 echo 'Hello world' 命令。

使用 completions 重複執行任務

您可以使用 completions 選項指定 Job 需要執行的次數。以下範例將建立 10 個 Pod，依序執行。

# hello-world-job-3.yaml
apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:
  name: hello-world-job-3
spec:
  backoffLimit: 3
  completions: 10
  template:
    metadata:
      name: hello-world-job-3
    spec:
      restartPolicy: OnFailure
      containers:
      - name: hello-world-container
        image: busybox
        command: ["/bin/sh", "-c"]
        args: ["echo 'Hello world'; sleep 3"]

程式碼解析：

completions: 10 表示 Job 需要成功執行 10 次。
args: ["echo 'Hello world'; sleep 3"] 使每個任務在完成前暫停 3 秒，以便觀察 Pod 的建立過程。

平行執行任務

使用 parallelism 選項可以讓 Job 平行執行多個 Pod，從而提高效率。

# hello-world-job-4.yaml
apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:
  name: hello-world-job-4
spec:
  backoffLimit: 3
  parallelism: 5
  template:
    metadata:
      name: hello-world-job-4
    spec:
      restartPolicy: OnFailure
      containers:
      - name: hello-world-container
        image: busybox
        command: ["/bin/sh", "-c"]
        args: ["echo 'Hello world'; sleep 3"]

程式碼解析：

parallelism: 5 表示最多允許 5 個 Pod 同時執行。
省略了 completions，Job 將持續執行直到成功。

自動終止 Job

使用 activeDeadlineSeconds 可以設定 Job 的最長執行時間，超過此時間 Job 將被終止。

# hello-world-job-5.yaml
apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:
  name: hello-world-job-5
spec:
  backoffLimit: 3
  activeDeadlineSeconds: 60
  template:
    metadata:
      name: hello-world-job-5
    spec:
      restartPolicy: OnFailure
      containers:
      - name: hello-world-container
        image: busybox
        command: ["/bin/sh", "-c"]
        args: ["echo 'Hello world'"]

程式碼解析：

activeDeadlineSeconds: 60 表示 Job 將在 60 秒後自動終止。

自動清理已完成的 Job

預設情況下，已完成的 Job 不會自動刪除。使用 ttlSecondsAfterFinished 可以設定 Job 完成後保留的時間，超過此時間 Job 將被自動刪除。

# hello-world-job-6.yaml
apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:
  name: hello-world-job-6
spec:
  ttlSecondsAfterFinished: 100
  template:
    metadata:
      name: hello-world-job-6
    spec:
      restartPolicy: OnFailure
      containers:
      - name: hello-world-container
        image: busybox
        command: ["/bin/sh", "-c"]
        args: ["echo 'Hello world'"]

程式碼解析：

ttlSecondsAfterFinished: 100 表示 Job 完成後將保留 100 秒，然後自動刪除。

玄貓 BlackCat

技術愛好者，專注於分享程式開發、雲端技術與 AI 應用的心得體會。