13 Job CronJob:为什么不直接用Pod来处理业务?
你好,我是Chrono。
在上次的课里我们学习了Kubernetes的核心对象Pod,用来编排一个或多个容器,让这些容器共享网络、存储等资源,总是共同调度,从而紧密协同工作。
因为Pod比容器更能够表示实际的应用,所以Kubernetes不会在容器层面来编排业务,而是把Pod作为在集群里调度运维的最小单位。
前面我们也看到了一张Kubernetes的资源对象关系图,以Pod为中心,延伸出了很多表示各种业务的其他资源对象。那么你会不会有这样的疑问:Pod的功能已经足够完善了,为什么还要定义这些额外的对象呢?为什么不直接在Pod里添加功能,来处理业务需求呢?
这个问题体现了Google对大规模计算集群管理的深度思考,今天我就说说Kubernetes基于Pod的设计理念,先从最简单的两种对象——Job和CronJob讲起。
为什么不直接使用Pod
现在你应该知道,Kubernetes使用的是RESTful API,把集群中的各种业务都抽象为HTTP资源对象,那么在这个层次之上,我们就可以使用面向对象的方式来考虑问题。
如果你有一些编程方面的经验,就会知道面向对象编程(OOP),它把一切都视为高内聚的对象,强调对象之间互相通信来完成任务。
虽然面向对象的设计思想多用于软件开发,但它放到Kubernetes里却意外地合适。因为Kubernetes使用YAML来描述资源,把业务简化成了一个个的对象,内部有属性,外部有联系,也需要互相协作,只不过我们不需要编程,完全由Kubernetes自动处理(其实Kubernetes的Go语言内部实现就大量应用了面向对象)。
面向对象的设计有许多基本原则,其中有两条我认为比较恰当地描述了Kubernetes对象设计思路,一个是“单一职责”,另一个是“组合优于继承”。
“单一职责”的意思是对象应该只专注于做好一件事情,不要贪大求全,保持足够小的粒度才更方便复用和管理。
“组合优于继承”的意思是应该尽量让对象在运行时产生联系,保持松耦合,而不要用硬编码的方式固定对象的关系。
应用这两条原则,我们再来看Kubernetes的资源对象就会很清晰了。因为Pod已经是一个相对完善的对象,专门负责管理容器,那么我们就不应该再“画蛇添足”地盲目为它扩充功能,而是要保持它的独立性,容器之外的功能就需要定义其他的对象,把Pod作为它的一个成员“组合”进去。
这样每种Kubernetes对象就可以只关注自己的业务领域,只做自己最擅长的事情,其他的工作交给其他对象来处理,既不“缺位”也不“越位”,既有分工又有协作,从而以最小成本实现最大收益。
为什么要有Job/CronJob
现在我们来看看Kubernetes里的两种新对象:Job和CronJob,它们就组合了Pod,实现了对离线业务的处理。
上次课讲Pod的时候我们运行了两个Pod:Nginx和busybox,它们分别代表了Kubernetes里的两大类业务。一类是像Nginx这样长时间运行的“在线业务”,另一类是像busybox这样短时间运行的“离线业务”。
“在线业务”类型的应用有很多,比如Nginx、Node.js、MySQL、Redis等等,一旦运行起来基本上不会停,也就是永远在线。
而“离线业务”类型的应用也并不少见,它们一般不直接服务于外部用户,只对内部用户有意义,比如日志分析、数据建模、视频转码等等,虽然计算量很大,但只会运行一段时间。“离线业务”的特点是必定会退出,不会无期限地运行下去,所以它的调度策略也就与“在线业务”存在很大的不同,需要考虑运行超时、状态检查、失败重试、获取计算结果等管理事项。
而这些业务特性与容器管理没有必然的联系,如果由Pod来实现就会承担不必要的义务,违反了“单一职责”,所以我们应该把这部分功能分离到另外一个对象上实现,让这个对象去控制Pod的运行,完成附加的工作。
“离线业务”也可以分为两种。一种是“临时任务”,跑完就完事了,下次有需求了说一声再重新安排;另一种是“定时任务”,可以按时按点周期运行,不需要过多干预。
对应到Kubernetes里,“临时任务”就是API对象Job,“定时任务”就是API对象CronJob,使用这两个对象你就能够在Kubernetes里调度管理任意的离线业务了。
由于Job和CronJob都属于离线业务,所以它们也比较相似。我们先学习通常只会运行一次的Job对象以及如何操作。
如何使用YAML描述Job
Job的YAML“文件头”部分还是那几个必备字段,我就不再重复解释了,简单说一下:
- apiVersion不是
v1
,而是batch/v1
。 - kind是
Job
,这个和对象的名字是一致的。 - metadata里仍然要有
name
标记名字,也可以用labels
添加任意的标签。
如果记不住这些也不要紧,你还可以使用命令 kubectl explain job
来看它的字段说明。不过想要生成YAML样板文件的话不能使用 kubectl run
,因为 kubectl run
只能创建Pod,要创建Pod以外的其他API对象,需要使用命令 kubectl create
,再加上对象的类型名。
比如用busybox创建一个“echo-job”,命令就是这样的:
会生成一个基本的YAML文件,保存之后做点修改,就有了一个Job对象:
apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:
name: echo-job
spec:
template:
spec:
restartPolicy: OnFailure
containers:
- image: busybox
name: echo-job
imagePullPolicy: IfNotPresent
command: ["/bin/echo"]
args: ["hello", "world"]
你会注意到Job的描述与Pod很像,但又有些不一样,主要的区别就在“spec”字段里,多了一个 template
字段,然后又是一个“spec”,显得有点怪。
如果你理解了刚才说的面向对象设计思想,就会明白这种做法的道理。它其实就是在Job对象里应用了组合模式,template
字段定义了一个“应用模板”,里面嵌入了一个Pod,这样Job就可以从这个模板来创建出Pod。
而这个Pod因为受Job的管理控制,不直接和apiserver打交道,也就没必要重复apiVersion等“头字段”,只需要定义好关键的 spec
,描述清楚容器相关的信息就可以了,可以说是一个“无头”的Pod对象。
为了辅助你理解,我把Job对象重新组织了一下,用不同的颜色来区分字段,这样你就能够很容易看出来,其实这个“echo-job”里并没有太多额外的功能,只是把Pod做了个简单的包装:
总的来说,这里的Pod工作非常简单,在 containers
里写好名字和镜像,command
执行 /bin/echo
,输出“hello world”。
不过,因为Job业务的特殊性,所以我们还要在 spec
里多加一个字段 restartPolicy
,确定Pod运行失败时的策略,OnFailure
是失败原地重启容器,而 Never
则是不重启容器,让Job去重新调度生成一个新的Pod。
如何在Kubernetes里操作Job
现在让我们来创建Job对象,运行这个简单的离线作业,用的命令还是 kubectl apply
:
创建之后Kubernetes就会从YAML的模板定义中提取Pod,在Job的控制下运行Pod,你可以用 kubectl get job
、kubectl get pod
来分别查看Job和Pod的状态:
可以看到,因为Pod被Job管理,它就不会反复重启报错了,而是会显示为 Completed
表示任务完成,而Job里也会列出运行成功的作业数量,这里只有一个作业,所以就是 1/1
。
你还可以看到,Pod被自动关联了一个名字,用的是Job的名字(echo-job)再加上一个随机字符串(pb5gh),这当然也是Job管理的“功劳”,免去了我们手工定义的麻烦,这样我们就可以使用命令 kubectl logs
来获取Pod的运行结果:
到这里,你可能会觉得,经过了Job、Pod对容器的两次封装,虽然从概念上很清晰,但好像并没有带来什么实际的好处,和直接跑容器也差不了多少。
其实Kubernetes的这套YAML描述对象的框架提供了非常多的灵活性,可以在Job级别、Pod级别添加任意的字段来定制业务,这种优势是简单的容器技术无法相比的。
这里我列出几个控制离线作业的重要字段,其他更详细的信息可以参考Job文档:
- activeDeadlineSeconds,设置Pod运行的超时时间。
- backoffLimit,设置Pod的失败重试次数。
- completions,Job完成需要运行多少个Pod,默认是1个。
- parallelism,它与completions相关,表示允许并发运行的Pod数量,避免过多占用资源。
要注意这4个字段并不在 template
字段下,而是在 spec
字段下,所以它们是属于Job级别的,用来控制模板里的Pod对象。
下面我再创建一个Job对象,名字叫“sleep-job”,它随机睡眠一段时间再退出,模拟运行时间较长的作业(比如MapReduce)。Job的参数设置成15秒超时,最多重试2次,总共需要运行完4个Pod,但同一时刻最多并发2个Pod:
apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:
name: sleep-job
spec:
activeDeadlineSeconds: 15
backoffLimit: 2
completions: 4
parallelism: 2
template:
spec:
restartPolicy: OnFailure
containers:
- image: busybox
name: echo-job
imagePullPolicy: IfNotPresent
command:
- sh
- -c
- sleep $(($RANDOM % 10 + 1)) && echo done
使用 kubectl apply
创建Job之后,我们可以用 kubectl get pod -w
来实时观察Pod的状态,看到Pod不断被排队、创建、运行的过程:
等到4个Pod都运行完毕,我们再用 kubectl get
来看看Job和Pod的状态:
就会看到Job的完成数量如同我们预期的是4,而4个Pod也都是完成状态。
显然,“声明式”的Job对象让离线业务的描述变得非常直观,简单的几个字段就可以很好地控制作业的并行度和完成数量,不需要我们去人工监控干预,Kubernetes把这些都自动化实现了。
如何使用YAML描述CronJob
学习了“临时任务”的Job对象之后,再学习“定时任务”的CronJob对象也就比较容易了,我就直接使用命令 kubectl create
来创建CronJob的样板。
要注意两点。第一,因为CronJob的名字有点长,所以Kubernetes提供了简写 cj
,这个简写也可以使用命令 kubectl api-resources
看到;第二,CronJob需要定时运行,所以我们在命令行里还需要指定参数 --schedule
。
export out="--dry-run=client -o yaml" # 定义Shell变量
kubectl create cj echo-cj --image=busybox --schedule="" $out
然后我们编辑这个YAML样板,生成CronJob对象:
apiVersion: batch/v1
kind: CronJob
metadata:
name: echo-cj
spec:
schedule: '*/1 * * * *'
jobTemplate:
spec:
template:
spec:
restartPolicy: OnFailure
containers:
- image: busybox
name: echo-cj
imagePullPolicy: IfNotPresent
command: ["/bin/echo"]
args: ["hello", "world"]
我们还是重点关注它的 spec
字段,你会发现它居然连续有三个 spec
嵌套层次:
- 第一个
spec
是CronJob自己的对象规格声明 - 第二个
spec
从属于“jobTemplate”,它定义了一个Job对象。 - 第三个
spec
从属于“template”,它定义了Job里运行的Pod。
所以,CronJob其实是又组合了Job而生成的新对象,我还是画了一张图,方便你理解它的“套娃”结构:
除了定义Job对象的“jobTemplate”字段之外,CronJob还有一个新字段就是“schedule”,用来定义任务周期运行的规则。它使用的是标准的Cron语法,指定分钟、小时、天、月、周,和Linux上的crontab是一样的。像在这里我就指定每分钟运行一次,格式具体的含义你可以课后参考Kubernetes官网文档。
除了名字不同,CronJob和Job的用法几乎是一样的,使用 kubectl apply
创建CronJob,使用 kubectl get cj
、kubectl get pod
来查看状态:
小结
好了,今天我们以面向对象思想分析了一下Kubernetes里的资源对象设计,它强调“职责单一”和“对象组合”,简单来说就是“对象套对象”。
通过这种嵌套方式,Kubernetes里的这些API对象就形成了一个“控制链”:
CronJob使用定时规则控制Job,Job使用并发数量控制Pod,Pod再定义参数控制容器,容器再隔离控制进程,进程最终实现业务功能,层层递进的形式有点像设计模式里的Decorator(装饰模式),链条里的每个环节都各司其职,在Kubernetes的统一指挥下完成任务。
小结一下今天的内容:
- Pod是Kubernetes的最小调度单元,但为了保持它的独立性,不应该向它添加多余的功能。
- Kubernetes为离线业务提供了Job和CronJob两种API对象,分别处理“临时任务”和“定时任务”。
- Job的关键字段是
spec.template
,里面定义了用来运行业务的Pod模板,其他的重要字段有completions
、parallelism
等 - CronJob的关键字段是
spec.jobTemplate
和spec.schedule
,分别定义了Job模板和定时运行的规则。
课下作业
最后是课下作业时间,给你留两个思考题:
- 你是怎么理解Kubernetes组合对象的方式的?它带来了什么好处?
- Job和CronJob的具体应用场景有哪些?能够解决什么样的问题?
欢迎在留言区分享你的疑问和学习心得,如果觉得有收获,也欢迎你分享给朋友一起学习。
下节课见。
- psoracle 👍(29) 💬(2)
回答一下今天的作业: 1. 你是怎么理解 Kubernetes 组合对象的方式的?它带来了什么好处? Kubernetes中组合对象,类似于面向对象编程中的继承,即不破坏父对象的功能,又扩展了自己领域场景中的功能,在API层面也简单了,只需要处理自己扩展的功能即可,比在一个对象上做加法进入逻辑判断要优雅很多。 2. Job 和 CronJob 的具体应用场景有哪些?能够解决什么样的问题? Job与CronJob分别对应一次性调用的任务与周期性定时任务;前者任务只运行一次,比如用在手工触发的场景如数据库备份、恢复与还原,数据同步,安全检查,巡检等;后者用于定时任务,非手工触发,由CronJobController每隔10s遍历需要执行的CronJob,同样也使用在如数据库备份、恢复与还原、数据同步、安全检查、定期巡检以及所有周期性的运维任务。 Job与CronJob解决了任务的管理,如执行超时、失败尝试、执行数量与并行数量、任务结果记录等等,方便对任务执行的监控与管理;另外,Pod解决了批处理任务关联打包统一调度,容器解决了任务运行时环境。
2022-07-20 - Geek_b9dad2 👍(18) 💬(1)
课外小贴士里第4条和第6条感觉是有冲突的,这个怎么理解呢?
2022-07-20 - 花花大脸猫 👍(15) 💬(1)
不得不服这个设计,为后续扩展带来了无限的可能,而且又不影响现有的pod体系功能!原来面向对象的思想还能在YAML中这么用。
2022-07-29 - 三溪 👍(7) 💬(5)
我想补充一下关于job配置的一个细节,大家可能复制黏贴罗老师的配置所以不会发现这个问题。 job.spec.containers.template.spec.containers.image是不能指定镜像版本号的,只能指定镜像:完整的镜像:版本号只能由pod定义,否则会从互联网拉取镜像,如果能联网当然没事,离线环境会直接报错无法拉取镜像,虽然你本地确实存在该版本的镜像且imagePullPolicy设置为Never或IfNotPresent。 比如我是离线环境,job里image配置为:- image: busybox:1.35.0,那么就会报错无法拉取镜像。
2022-07-28 - Geek_7ba156 👍(5) 💬(1)
666,超爱这种讲课方式。老师你一定要多出课啊,笔芯~
2023-02-08 - Sports 👍(5) 💬(2)
终于知道老师昵称的由来了
2022-07-20 - aoe 👍(4) 💬(1)
原来一直奇怪为什么有那么多spec、template不停的嵌套?今天终于明白了:不同层级自己描述自己的,相互不影响,不合陌生人说话
2022-08-10 - 密码123456 👍(4) 💬(3)
Command 用双引号里写命令,不能有空格。
2022-07-20 - Demon.Lee 👍(2) 💬(2)
最近在把业务服务迁移到 Kubernetes 上部署,其中就有一个定时服务,包含 30 个定时 job。我想着直接搬到 Kubernetes 的 CronJob 上来,这样开发团队就少维护一个第三方的开源框架了(用于定时任务调度)。 但我发现一个问题,导致迁移不了,就是触发频率:kubernetes cronjob 只支持到分钟,不能到秒级调度,即最高是每分钟运行一次任务;但他们的定时任务,有些是每 10 秒运行一次,15 秒一次,或 30 秒一次。 这种分钟内的调度,搞不定,感觉非常遗憾。 我在想,标准的 cron 只支持到分钟级别,那么分钟级别以内的定时调度呢?可能就是常驻进程了。
2022-12-29 - 西门吹牛 👍(2) 💬(1)
组合的方式能少写很多代码,Java 很多中间件都这么搞,组合优于继承,基于接口而非实现编程,自由组合
2022-07-25 - pyhhou 👍(2) 💬(4)
思考题: 1. 大的组件有小的组件拼接而成,这样做的其中一个好处就是低耦合,每个组件都是独立的个体,去操作一个组件时不需要理会其他组件的具体内部细节,直接拼接在一起即可。这么做也非常易于维护,比如 Job 中想要更换 Pod 也不需要更改 Job 本身的一些属性 2. Job 主要用在一些 one-off 的场景,就是需要去处理一些临时的一次性的情况,比如 service 的 setup,文件的构建等等。而 Cronjob 主要用途是去完成一些需要定期更新的任务,比如 一些 daily 的 pipeline,定时的检查,检验系统安全等等 有个问题请教老师,在 sleep-job 的那个例子中,不太理解为什么有时候在 Job 完成后,其中的一个 Pod 会被 Terminate 掉,然后最后只剩 3 个 Pod?用课程中的 YAML 文件试了几次,这种情况有时会发生有时不会,不知道是不是跟 YAML 中 Job 设置的字段有关? :~/k8s-testing$ kubectl get pod NAME READY STATUS RESTARTS AGE echo-job-qqq9k 0/1 Completed 0 7m23s ngx 1/1 Running 0 11d sleep-job-9ktxs 0/1 Completed 0 17s sleep-job-sndgm 0/1 Completed 0 17s sleep-job-tpbw7 1/1 Terminating 0 9s sleep-job-v8x8s 0/1 Completed 0 12s
2022-07-23 - 蓝色天空 👍(1) 💬(1)
只启动2个job问题是超时了 修改activeDeadlineSeconds 设置即可
2022-12-02 - 岁月长 👍(1) 💬(2)
运行sleed-job 的时候发现无法达到预期的 4个,有时候是2,有时候是3;修改了 backoffLimit :10 之后才达到预期。 想问下老师,为什么运行会出现这种情况呢?运行也没有超过设置的超时的时间
2022-09-08 - 武安君 👍(1) 💬(1)
层层套娃!小接口大组合,既能解耦,又能灵活组合在不破坏细粒度逻辑下实现更多的功能!
2022-08-18 - lesserror 👍(1) 💬(1)
老师,有几个小问题: 1. 我用的是 zsh 如果 使用 kubectl create job echo-job --image=busybox $out 会报这个错误:error: Invalid dry-run value (client -o yaml). Must be "none", "server", or "client". 必须要这样使用才行:kubectl create job echo-job --image=busybox --dry-run=client -o yaml ,这是什么原因呢? 2. 文中说:“不直接和 apiserver 打交道”。怎么听你的语音是apiversion呢? 3. 我们在job.yml文化中定义的Pod的name是echo-job,然后为什么还要加一个随机字符串呢? 这里的名字是我们自定义的吧,和job自动管理好像关系不大吧?
2022-07-30