155 | Kubernetes健康检查

在Kubernetes（K8s）的复杂部署环境中，确保应用的高可用性和稳定性是至关重要的。为了实现这一目标，Kubernetes提供了健康检查机制，允许系统监控容器内的应用程序状态，并根据这些状态信息自动进行容器的重启、负载均衡调整等操作。本章将深入探讨Kubernetes中的健康检查机制，包括其重要性、实现方式（Liveness Probes与Readiness Probes）、配置方法以及高级应用场景。

一、健康检查的重要性

在Kubernetes集群中，容器可能因为多种原因而停止工作，如应用代码错误、内存泄漏、外部服务依赖中断等。如果Kubernetes无法及时检测到这些问题，可能会导致服务中断或性能下降。通过引入健康检查，Kubernetes可以主动监控容器状态，及时发现并响应异常情况，从而保障服务的高可用性。

健康检查主要分为两种类型：

• Liveness Probes（存活探针）：用于判断容器是否正在运行。如果Liveness Probes失败，Kubernetes将重启容器。这有助于从应用层面的问题中恢复，如死锁、无限循环等。
• Readiness Probes（就绪探针）：用于判断容器是否已准备好接受流量。即使容器已经启动，如果Readiness Probes失败，Kubernetes将不会将流量路由到该容器。这有助于避免将请求发送到尚未准备好处理请求的服务实例上。

二、健康检查的实现方式

Kubernetes支持多种健康检查的实现方式，主要包括HTTP GET请求、TCP套接字连接以及执行容器内的命令。

1. HTTP GET请求

对于Web应用，最常用的健康检查方式是HTTP GET请求。Kubernetes将向容器内指定的URL发送HTTP GET请求，并检查响应的HTTP状态码。如果状态码在200-399范围内，则认为探针成功；否则，认为失败。

livenessProbe:
  httpGet:
    path: /healthz
    port: 8080
    scheme: HTTP
  initialDelaySeconds: 10
  periodSeconds: 3
  timeoutSeconds: 1
  successThreshold: 1
  failureThreshold: 3

在上面的配置中，path指定了健康检查的URL路径，port指定了服务监听的端口，scheme可以是HTTP或HTTPS。其他参数如initialDelaySeconds（初始延迟时间）、periodSeconds（检查间隔）、timeoutSeconds（超时时间）、successThreshold（成功阈值）和failureThreshold（失败阈值）用于控制探针的行为。

2. TCP套接字连接

对于不暴露HTTP端口的服务，可以使用TCP套接字连接作为健康检查方式。Kubernetes将尝试与容器内指定的端口建立TCP连接，如果连接成功，则认为探针成功。

livenessProbe:
  tcpSocket:
    port: 8080
  initialDelaySeconds: 15
  periodSeconds: 10

3. 执行命令

在某些情况下，可能需要通过执行容器内的命令来检查服务状态。Kubernetes将运行指定的命令，并根据命令的退出状态码来判断探针是否成功。如果退出状态码为0，则认为探针成功。

livenessProbe:
  exec:
    command:
    - cat
    - /tmp/healthy
  initialDelaySeconds: 5
  periodSeconds: 5

在这个例子中，cat /tmp/healthy命令被用来检查/tmp/healthy文件是否存在且内容非空。这通常用于那些需要更复杂的逻辑来判断服务状态的场景。

三、健康检查的配置策略

在配置健康检查时，需要注意以下几点策略以确保其有效性和效率：

1. 合理设置初始延迟：initialDelaySeconds应该足够长，以确保应用在启动并准备好接受检查之前不会被错误地判定为不健康。
2. 适当设置检查间隔和超时时间：periodSeconds和timeoutSeconds应根据应用的响应时间和检查复杂度来设置。过短的间隔或超时时间可能导致不必要的重启或流量重定向。
3. 考虑成功和失败阈值：successThreshold和failureThreshold应根据应用的行为特性和集群的负载能力来设置。较高的成功阈值可以减少因短暂的网络波动或性能下降而导致的误判；而较高的失败阈值则可以防止频繁的重启操作。
4. 结合业务逻辑：健康检查应紧密结合应用的业务逻辑来设计。例如，对于数据库服务，可以检查数据库连接是否成功；对于Web服务，可以检查关键API的响应状态。

四、高级应用场景

除了基本的健康检查配置外，Kubernetes还提供了一些高级功能来优化健康检查机制：

• Startup Probes（启动探针）：从Kubernetes 1.16版本开始引入，用于在容器启动过程中进行额外的健康检查。这有助于在容器启动初期，当应用尚未完全就绪时，避免Liveness Probes的干扰。
• 自定义探针行为：虽然Kubernetes提供了标准的健康检查方式，但用户也可以通过编写自定义脚本来实现更复杂的健康检查逻辑。这些脚本可以集成到Exec探针中，根据应用的具体需求来执行检查。
• 与云原生监控系统集成：Kubernetes的健康检查可以与云原生监控系统集成，如Prometheus等。通过将健康检查数据暴露给监控系统，可以实现更全面的服务监控和告警功能。

五、总结

Kubernetes的健康检查机制是保障服务高可用性和稳定性的重要手段。通过合理配置Liveness Probes和Readiness Probes，可以有效地监控容器内的应用状态，并及时响应异常情况。此外，通过结合业务逻辑、设置合理的检查参数以及利用高级功能，可以进一步优化健康检查机制的性能和效率。在编写技术书籍时，深入理解并准确阐述这些概念和最佳实践对于帮助读者掌握Kubernetes的高级应用至关重要。