Concepts - configuration - Liveness, Readiness, and Startup Probes

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為什麼需要健康檢查 (Probes)？

在 Kubernetes (K8s) 中，探針 (Probes) 是由 kubelet 對容器執行的定期診斷，是確保應用程式穩定運行的核心機制。

想像一下您正在經營一家餐廳：

• 您不希望在廚房還沒準備好時就讓客人進來點餐。
• 如果廚房因為太忙而暫時無法出餐，您希望能先暫停接單，而不是讓客人一直枯等。
• 萬一廚房發生了無法恢復的故障（例如火災），您必須立刻疏散客人並關門重整。

K8s 中的三種探針就分別扮演了這些角色，幫助您的應用程式實現自癒 (self-healing) 和優雅地處理服務生命週期。

認識三種探針 (Probes)

K8s 提供了三種探針，它們在 Pod 的生命週期中協同工作：

  graph TD
    A[Pod 啟動] --> B{Startup Probe <br> 執行中...};
    B -- 成功 --> C{Readiness Probe <br> 執行中};
    B -- 失敗 (超過閾值) --> E[重啟 Pod];
    
    C -- 成功 --> D[Liveness Probe <br> 執行中];
    C -- 失敗 --> F[從 Service 端點移除];
    D -- 成功 --> C;
    D -- 失敗 (超過閾值) --> E;
    F -- 恢復正常 --> C;

    subgraph Pod 狀態
        direction LR
        B ==> G[狀態: NotReady];
        C ==> H[狀態: Ready];
        F ==> G;
    end

    style C fill:#c9ffc9,stroke:#333,stroke-width:2px
    style D fill:#c9ffc9,stroke:#333,stroke-width:2px
    style E fill:#ffc9c9,stroke:#333,stroke-width:2px

1. Startup Probe (啟動探針)

• 用途：專門用於那些啟動時間較長的應用程式（例如：需要載入大量資料或模型的 Java 應用）。
• 機制：如果設定了 Startup Probe，K8s 會在它成功之前，暫停執行 Readiness 和 Liveness Probe。這可以防止因啟動緩慢而被後兩者誤判為失敗，導致 Pod 陷入無限重啟的迴圈。
• 生命週期：一旦 Startup Probe 成功，它就不會再執行。

2. Readiness Probe (就緒探針)

• 用途：告訴 K8s 您的應用程式何時可以開始處理流量。
• 機制：只有當 Readiness Probe 成功時，kubelet 才會將該 Pod 加入到對應 Service 的 Endpoints 列表中。如果探針失敗，Pod 會被從 Endpoints 中移除，流量就不會再被轉發到這個 Pod。
• 常見場景：應用程式啟動後需要預熱快取、或在負載過高時暫時不想接收新請求。

3. Liveness Probe (存活探針)

• 用途：偵測應用程式是否陷入死鎖 (deadlock) 或無法回應的狀態。
• 機制：如果 Liveness Probe 失敗，kubelet 會終止並重啟該容器，嘗試讓應用程式恢復正常。
• 常見場景：應用程式因記憶體洩漏或執行緒卡死而無法服務。

如何設定探針？

三種探針的設定方式完全相同，都包含「執行動作 (Action)」和「探針配置 (Config)」兩個部分。

執行動作 (Action)

K8s 提供了四種檢查容器健康狀況的方式：

探針配置 (Config)

您可以透過以下參數來微調探針的行為：

設定範例

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apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: probe-demo
spec:
  containers:
  - name: my-app
    image: my-app:1.0
    ports:
    - containerPort: 8080
    
    # 應用啟動慢，先用 Startup Probe 擋住
    startupProbe:
      httpGet:
        path: /healthz
        port: 8080
      failureThreshold: 30 # 總共等待 30 * 10 = 300 秒
      periodSeconds: 10

    # 應用準備好接收流量了嗎？
    readinessProbe:
      httpGet:
        path: /readyz
        port: 8080
      periodSeconds: 5
      failureThreshold: 3
    
    # 應用還活著嗎？
    livenessProbe:
      tcpSocket:
        port: 8080
      initialDelaySeconds: 15
      periodSeconds: 20

實踐建議

• 務必設定：盡量為所有長期運行的服務都設定 Liveness 和 Readiness Probe。
• 保持輕量：探針的檢查端點（如 /healthz）應盡可能輕量，避免消耗過多資源或依賴外部服務。
• 區分 Liveness 和 Readiness：Liveness 應該檢查核心功能是否死鎖，而 Readiness 則可以包含更全面的依賴檢查（如資料庫連線）。
• 給予恢復時間：Liveness Probe 的 failureThreshold 和 periodSeconds 應設定得比 Readiness Probe 更寬鬆，給予應用程式在被重啟前自我修復的機會。
• 善用 Startup Probe：對於任何啟動時間可能超過 failureThreshold * periodSeconds 的應用，請務必使用 Startup Probe。

正確地設定探針是確保 K8s 應用程式高可用性的關鍵。它能有效地防止將流量發送到未就緒的 Pod，並自動從無法恢復的故障中恢復，是維運工作的重要一環。