kubernetes物件之Job

周國通發表於2019-06-09
物件

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job是什麼

對於ReplicaSet、ReplicationController等型別的控制器而言，它希望pod保持預期數目、持久執行下去，除非使用者明確刪除，否則這些物件一直存在，它們針對的是耐久性任務，如web服務等。對於非耐久性任務，比如壓縮檔案，任務完成後，pod需要結束執行，不需要pod繼續保持在系統中，這個時候就要用到Job。因此說Job是對ReplicaSet、ReplicationController等永續性控制器的補充。

Job與其它控制器的細微差別

Job定義方法與ReplicaSet等控制器相似，只有細微差別，如下：

  • Job中的restart policy必需是"Never"或者"OnFailure"，這個很好理解，因為pod要執行到結束，而不是反覆重新啟動。

  • Job不需要選擇器，其中的pod也不需要標籤，系統在建立Job時會自動新增相關內容。當然使用者也可以出於資源組織的目的新增標籤，但這個與Job本身的實現沒有關係。

  • Job新增加兩個欄位：.spec.completions、.spec.parallelism。詳細用法在示例中說明

  • backoffLimit欄位：示例中說明

示例

非併發Job

非併發Job的含義是，Job啟動後，只執行一個pod，pod執行結束後整個Job也就立刻結束。

以下是簡單的Job配置檔案，只包含一個pod，輸出圓周率小數點後2000位，執行時間大概為10s：

apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:
  name: pi
spec:
  template:
    spec:
      containers:
      - name: pi
        image: perl
        command: ["perl",  "-Mbignum=bpi", "-wle", "print bpi(2000)"]
      restartPolicy: Never
  backoffLimit: 4

以上示例無需設定選擇器、pod標籤。無需設定.spec.completions、.spec.parallelism，這兩個欄位的預設值都是1。backoffLimit=4，表示允許pod失敗的次數。將以上內容儲存成檔案並建立Job：

$ kubectl create -f https://k8s.io/examples/controllers/job.yaml
job "pi" created

確認Job狀態：

$ kubectl describe jobs/pi
Name:             pi
Namespace:        default
Selector:         controller-uid=b1db589a-2c8d-11e6-b324-0209dc45a495
Labels:           controller-uid=b1db589a-2c8d-11e6-b324-0209dc45a495
                  job-name=pi
Annotations:      <none>
Parallelism:      1
Completions:      1
Start Time:       Tue, 07 Jun 2016 10:56:16 +0200
Pods Statuses:    0 Running / 1 Succeeded / 0 Failed
Pod Template:
  Labels:       controller-uid=b1db589a-2c8d-11e6-b324-0209dc45a495
                job-name=pi
  Containers:
   pi:
    Image:      perl
    Port:
    Command:
      perl
      -Mbignum=bpi
      -wle
      print bpi(2000)
    Environment:        <none>
    Mounts:             <none>
  Volumes:              <none>
Events:
  FirstSeen    LastSeen    Count    From            SubobjectPath    Type        Reason            Message
  ---------    --------    -----    ----            -------------    --------    ------            -------
  1m           1m          1        {job-controller }                Normal      SuccessfulCreate  Created pod: pi-dtn4q

從以上輸出可以看到系統自動新增的Selector、Pod labels。注意Events的輸出，全程只建立了一個pod。

列出Job的所有pod：

$ pods=$(kubectl get pods --selector=job-name=pi --output=jsonpath={.items..metadata.name})
$ echo $pods
pi-aiw0a

檢視Pod的輸出

$ kubectl logs $pods
3.14159265358979323846264......

以上是最簡單的Job應用示例，輸出圓周率小數點後2000位。但是，考慮另外一種情況，假如我們需要計算圓周率小數點後3000、4000、5000位怎麼辦？一種方案是先將上例中的2000改成3000，建立並執行。然後再改成4000，再建立並執行，一直到5000。顯然這種方案並不高明：麻煩、資源利用率低。另外一種方法是同時建立4個Job，分別計算2000、3000、4000、5000。注意4個Job的name欄位不能衝突分別是pi-2000、pi-3000、pi-4000、pi-5000，
檔名分別為pi-2000.yaml、pi-3000.yaml、pi-4000.yaml、pi-5000.yaml，並儲存在目錄/tmp/pi下。利用kubectl對目錄的支援一次性建立4個Job：

$ kubectl create -f /tmp/pi
job "pi-2000" created
job "pi-3000" created
job "pi-4000" created
job "pi-5000" created

以上方法是偽併發，只適用於任務量少的情況。假如我們需要處理的任務是從pi-1到pi-10000，那麼以上方法就不適用了：

  • 需要同時建立太多的Job與pod，不好管理。

  • 資源配額限制。

粗併發Job

本例建立一個Job，但Job要建立多個pod。瞭解完示例後就明白為什麼叫“粗併發”。

本示例需要一個訊息佇列服務的配合，不詳細描述如何部署、填充訊息佇列服務。假設我們有一個RabbitMQ服務，叢集內訪問地址為：amqp://guest:guest@rabbitmq-service:5672。其有一個名為job1的佇列，佇列內有apple banana cherry date fig grape lemon melon共8個成員。

另外假設我們有一個名為gcr.io//job-wq-1的image，其功能是從佇列中讀取出一個元素並列印到標準輸出，然後結束。注意，它只處理一個元素就結束了。接下來建立如下Job：

apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:
  name: job-wq-1
spec:
  completions: 8
  parallelism: 2
  template:
    metadata:
      name: job-wq-1
    spec:
      containers:
      - name: c
        image: gcr.io/<project>/job-wq-1
        env:
        - name: BROKER_URL
          value: amqp://guest:guest@rabbitmq-service:5672
        - name: QUEUE
          value: job1
      restartPolicy: OnFailure

上例中，completions的值為8，等於job1佇列中元素的個數。因為每個成功的pod處理一個元素，所以需要成功8次，job1中的所有成員就會被處理完成。在粗併發模式下，completions的值必需指定，否則其預設值為1，整個Job只處理一個成員就結束了。

上例中，parallelism的值是2。雖然需要pod成功8次，但在同一時間，只允許有兩個pod併發。一個成功結束後，再啟動另一個。這個引數的主要目的是控制併發pod的個數，可根據實際情況調整。當然可以不指定，那麼預設的併發個數就是1。

env中的內容告訴image如何訪問佇列。

將以上內容儲存在job.yaml檔案中，執行Job：

kubectl create -f ./job.yaml

稍等片刻Job執行完成，檢視結果：

$ kubectl describe jobs/job-wq-1
Name:             job-wq-1
Namespace:        default
Selector:         controller-uid=41d75705-92df-11e7-b85e-fa163ee3c11f
Labels:           controller-uid=41d75705-92df-11e7-b85e-fa163ee3c11f
                  job-name=job-wq-1
Annotations:      <none>
Parallelism:      2
Completions:      8
Start Time:       Wed, 06 Sep 2017 16:42:02 +0800
Pods Statuses:    0 Running / 8 Succeeded / 0 Failed
Pod Template:
  Labels:       controller-uid=41d75705-92df-11e7-b85e-fa163ee3c11f
                job-name=job-wq-1
  Containers:
   c:
    Image:      gcr.io/causal-jigsaw-637/job-wq-1
    Port:
    Environment:
      BROKER_URL:       amqp://guest:guest@rabbitmq-service:5672
      QUEUE:            job1
    Mounts:             <none>
  Volumes:              <none>
Events:
  FirstSeen  LastSeen   Count    From    SubobjectPath    Type      Reason              Message
  ─────────  ────────   ─────    ────    ─────────────    ──────    ──────              ───────
  27s        27s        1        {job }                   Normal    SuccessfulCreate    Created pod: job-wq-1-hcobb
  27s        27s        1        {job }                   Normal    SuccessfulCreate    Created pod: job-wq-1-weytj
  27s        27s        1        {job }                   Normal    SuccessfulCreate    Created pod: job-wq-1-qaam5
  27s        27s        1        {job }                   Normal    SuccessfulCreate    Created pod: job-wq-1-b67sr
  26s        26s        1        {job }                   Normal    SuccessfulCreate    Created pod: job-wq-1-xe5hj
  15s        15s        1        {job }                   Normal    SuccessfulCreate    Created pod: job-wq-1-w2zqe
  14s        14s        1        {job }                   Normal    SuccessfulCreate    Created pod: job-wq-1-d6ppa
  14s        14s        1        {job }                   Normal    SuccessfulCreate    Created pod: job-wq-1-p17e0

檢視Events，可以看到總共建立了8個pod。在本例中，每處理佇列中的一個成員都需要建立一個pod，開銷很大。如果佇列中的成員個數非常龐大，那麼這種處理方式就不適用。我們希望少建立pod、每個pod能處理多條記錄,請看下面示例

細併發Job

redis:6379> lrange job2 0 -1
1) "apple"
2) "banana"
3) "cherry"
4) "date"
5) "fig"
6) "grape"
7) "lemon"
8) "melon"
9) "orange"

接下來建立image，詳細過程不描述。只需確定這個image執行如下名為worker.py的python程式

#!/usr/bin/env python
 
import time
import rediswq
 
host="redis"
# Uncomment next two lines if you do not have Kube-DNS working.
# import os
# host = os.getenv("REDIS_SERVICE_HOST")
 
q = rediswq.RedisWQ(name="job2", host="redis")
print("Worker with sessionID: " +  q.sessionID())
print("Initial queue state: empty=" + str(q.empty()))
while not q.empty():
  item = q.lease(lease_secs=10, block=True, timeout=2) 
  if item is not None:
    itemstr = item.decode("utf=8")
    print("Working on " + itemstr)
    time.sleep(10) # Put your actual work here instead of sleep.
    q.complete(item)
  else:
    print("Waiting for work")
print("Queue empty, exiting")

首先連線到redis的job2佇列。然後是一個while迴圈，每次讀job2中的一條記錄並輸出，然後sleep 10s。迴圈退出的條件是job2佇列為空。這個image與示例2不同，示例2只處理一條記錄這就結束，而這個可以處理多條一直到佇列為空。

接下來定義Job：

apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:
  name: job-wq-2
spec:
  parallelism: 2
  template:
    metadata:
      name: job-wq-2
    spec:
      containers:
      - name: c
        image: gcr.io/myproject/job-wq-2
      restartPolicy: OnFailure

上例中，無需像示例2一樣指定 completions的值，因為結束條件是job2為空，已經內嵌在image的邏輯中。parallelism=2表示可以併發兩個pod，不設定預設為1，在實際應用中可據實際情況自行調整。

執行Job：

kubectl create -f ./job.yaml

過一會檢視Job執行狀況：

$ kubectl describe jobs/job-wq-2
Name:             job-wq-2
Namespace:        default
Selector:         controller-uid=b1c7e4e3-92e1-11e7-b85e-fa163ee3c11f
Labels:           controller-uid=b1c7e4e3-92e1-11e7-b85e-fa163ee3c11f
                  job-name=job-wq-2
Annotations:      <none>
Parallelism:      2
Completions:      <unset>
Start Time:       Mon, 11 Jan 2016 17:07:59 -0800
Pods Statuses:    1 Running / 0 Succeeded / 0 Failed
Pod Template:
  Labels:       controller-uid=b1c7e4e3-92e1-11e7-b85e-fa163ee3c11f
                job-name=job-wq-2
  Containers:
   c:
    Image:              gcr.io/exampleproject/job-wq-2
    Port:
    Environment:        <none>
    Mounts:             <none>
  Volumes:              <none>
Events:
  FirstSeen    LastSeen    Count    From            SubobjectPath    Type        Reason            Message
  ---------    --------    -----    ----            -------------    --------    ------            -------
  33s          33s         1        {job-controller }                Normal      SuccessfulCreate  Created pod: job-wq-2-lglf8

雖然允許的最大併發數是2，但Events顯示只建立成功一個pod，這個是正常情況，最大並非必需，可能系統因為資源問題達不到最大。

檢視pod輸出：

$ kubectl logs pods/job-wq-2-7r7b2
Worker with sessionID: bbd72d0a-9e5c-4dd6-abf6-416cc267991f
Initial queue state: empty=False
Working on banana
Working on date
Working on lemon

細併發相比與粗併發，減少了建立pod的開銷，使每個pod能處理多條記錄，但是pod要自己決定退出條件，如果不退出，那麼Job永遠無法結束。

關於資源回收

Job建立的pod在結束執行後，無論是成功還是失敗，不會預設刪除，仍然保留在系統中，這樣使用者才可以檢視其日誌、狀態資訊、排除錯誤。使用者需要手動執行kubectl delete刪除所有執行結束的pod，為了方便組織資源，一次性刪除會部pod，可以被pod自定義標籤。Job在執行完成後也仍然保留在系統中，由使用者刪除。所以使用Job，使用者應注意資源回收，避免資源被耗盡。

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