Kubernetes中的垃圾回收方法是什么

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考虑一个场景; 您在Kubernetes中创建了一个部署对象; 因此，它根据提供的清单生成副本集和pod。  后来，您意识到您错过了一个容器的属性，并且为了快速修复，您编辑了部署。 版本的部署会产生新的副本集对象和更新的Pod。 知道旧的会怎样吗?  同样，如果删除部署，副本集或Pod将会发生什么。 答案是显而易见的。 删除部署将删除副本集和Pod; 否则，将会变得一团糟。

上面的陈述引出了一个更大的问题：在Kubernetes中如何实现级联删除，是否有多种级联删除策略，在K8中是否可能存在孤立对象?  看起来这是典型的垃圾回收问题。

什么是垃圾收集(GC)?

简而言之，垃圾回收就是从系统中删除未使用的对象，并释放分配给它们的计算资源。 GC出现在所有高级编程语言中，而低级编程语言通过系统库具有GC。

GC的最常见算法之一是标记扫描。 我没有介绍算法的详细信息，但是我们可以从标题有两个阶段的角度来解释它，在第一阶段中标记了在清除阶段删除的对象。

> From Wikipedia

这是对GC的非常简短的说明，如果需要，请按照参考部分中发布的链接进行详细说明。 现在，我们将探讨在K8s中实现GC的方法。

业主拥有; OwnerReference元数据

像面向对象的语言一样，某些对象引用其他对象/由其他对象组成，在Kubernetes中以类似的方式，某些对象拥有其他对象。  例如，副本集是一组Pod的所有者，而部署是副本集的所有者。

与面向对象的语言不同，在K8s对象清单定义中，我们从来没有明确定义或编写与所有者相关的关系，而是系统如何确定该关系?  在K8s中，每个从属对象都有一个唯一的元数据字段名称metas.ownerReferences用于关系表示。

• 从Kubernetes  1.8开始，K8为由特定控制器(例如ReplicaSet，StatefulSet，DaemonSet，Deployment，Job和CronJob)创建或采用的对象设置ownerReferences的值。

• 如果需要，还可以手动设置ownerReferences。

• 一个对象可以有多个ownerReferences，例如在名称空间中。

下面显示了Kind K8s独立群集上core-DNS部署的metadata.ownerReferences值

如果仔细看一下以上命令的输出，您会发现与其他GC实现的细微差别。 对象关联参考金字塔是颠倒的，而不是常规的颠倒的。 下图将为您提供帮助。

> Downside Up association of the objects in K8s

Kubernetes中的垃圾回收策略

如前所述，在Kubernetes 1.8之前，依赖对象删除逻辑的实现是在客户端，对于一些资源也是在控制器端。  客户端不是原子操作，有时中途失败会导致群集状态混乱，需要手动清理。  后来，为解决此问题，K8s社区引入并实现了垃圾收集器控制器，以更好，更简单的方式处理GC。

在用于未使用对象GC的K8中，有两大类：

• 级联：在级联之一中，所有者的删除导致从群集中删除从属对象。

• 孤儿：顾名思义，对所有者对象的删除操作只会将其从集群中删除，并使所有从属对象处于"孤儿"状态。

让我们深入了解上述策略。

在级联删除策略中，从属对象与所有者对象一起被删除。 在级联内，有两种模式：前景和背景。

前景级联删除：在前景策略中，所有者对象删除将一直等待，直到所有从属对象都被删除为止。 当前台删除是所有者对象状态更改为进行中的删除时，将发生第一个更改。  处于"正在删除"状态的对象的属性如下：

• 通过REST API，该对象仍然可见

• 设置了对象的deleteTimestamp

• 对象的元数据.finalizers包含值" foregroundDeletion"。

一旦状态发生变化，垃圾收集器将删除所有"阻塞"依赖项(拥有者参考.blockOwnerDeletion = true的对象)，最后删除拥有者对象。

背景级联删除：这要简单得多，在这种情况下，它将直接删除所有者对象。 稍后，GC确定相关对象并将其从后台删除。  它比前台快得多，因为没有等待时间来删除从属对象。

在孤立策略中，将删除所有者对象，并将从属对象中的ownerReferences元数据设置为默认值。 之后，GC控制器确定孤立对象并将其删除。

Kubernetes垃圾收集器控制器如何工作?

如果对象的OwnerReferences元数据中没有任何所有者对象，则GC控制器负责删除该对象。 GC控制器由扫描仪，垃圾处理器和传播器组成。

扫描程序：使用发现API，它会检测K8s集群中支持的所有资源，并通过控制循环定期检测它，扫描系统中的所有资源，并将每个对象添加到"脏队列"中。

垃圾处理器：由在"脏队列"上工作的工人组成。 每个工作人员都会从"脏队列"中取出一个项目，并检查该项目的OwnerReferences是否为空。  如果为空，则仅从Dirty队列中取出下一个条目进行处理; 否则，检查OwnerReferences元数据中的每个条目。  如果OwnerReferences中列出的所有所有者均不存在，则工作程序会请求API服务器删除该对象。

传播器：传播器用于优化GC控制器，包含三个组件。 事件队列，单个工作程序以及与所有者相关的关系的DAG。 以下是繁殖器的特性

• DAG仅存储名称/ uid /孤立三元组，而不存储每个项目的整个主体。

• 监视所有资源的创建/更新/删除事件，并将事件排入事件队列。

• 工作者从事件队列中使项目出队。

• K8s对象的创建或更新会相应地更新DAG。  如果资源具有所有者，但该所有者在DAG中尚不存在，则除了将对象添加到DAG之外，它还将对象排队到"脏队列"中。

• 删除K8s对象会将其从DAG中删除，并将其所有从属对象排队到"脏队列"中。

• 传播者不需要执行任何RPC，因此只需一个工作线程就足够了，并且锁定起来也更容易。

• 使用传播器，我们仅需在启动GC时运行扫描程序以填充DAG和脏队列。

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