一.系统环境

本文主要基于Kubernetes1.21.9和Linux操作系统CentOS7.4。

Kubernetes集群架构：k8scloude1作为master节点，k8scloude2，k8scloude3作为worker节点。

二.前言

在现代的云原生应用中，定时任务是一个非常重要的组成部分。Kubernetes提供了一种称为CronJob的机制，可以让我们方便地定义和管理定时任务。本文将介绍Kubernetes CronJob的基础知识以及如何使用它来运行定时任务。

使用CronJob定时任务的前提是已经有一套可以正常运行的Kubernetes集群，关于Kubernetes(k8s)集群的安装部署，可以查看博客《Centos7 安装部署Kubernetes(k8s)集群》https://www.cnblogs.com/renshengdezheli/p/16686769.html。

三.Kubernetes CronJob简介

CronJob是Kubernetes中的一种控制器（其他控制器，比如deployment，DaemonSet ，ReplicationController，ReplicaSet ），用于在指定时间间隔内运行一个或多个Pod。类似于Linux下的cron工具，可以帮助我们周期性地执行任务。Kubernetes CronJob使用Cron表达式来指定任务运行时间，这使得它非常灵活且易于使用。

除了CronJob定时任务，kubernetes还存在一次性任务job，详情请查看博客《Kubernetes(k8s)一次性任务：Job》https://www.cnblogs.com/renshengdezheli/p/17450685.html。

四.kubernetes CronJob和Linux crontab对比

熟悉Linux系统的对crontab定时任务应该不陌生，下面看看kubernetes CronJob和Linux crontab两者差异。

Linux 下的 crontab 和 Kubernetes 下的 CronJob 都是用于执行周期性任务的工具，但它们在实现方式和使用方式上有以下几点不同：

1. 调度精度：Linux 下的 crontab 支持分钟级别的调度，而 Kubernetes 下的 CronJob 可以支持到秒级别的调度。
2. 状态管理：Linux 下的 crontab 只能通过查看日志等方式来了解任务的运行情况，而 Kubernetes 下的 CronJob 可以通过 kubectl 工具查看任务的运行状态，并且可以对任务进行修改和删除等操作。
3. 并发控制：Linux 下的 crontab 没有内置的并发控制机制，如果同一个任务同时被多次触发，可能会导致资源抢占。而 Kubernetes 下的 CronJob 可以通过 .spec.concurrencyPolicy 字段指定任务的并发策略，从而避免资源抢占的问题。
4. 环境隔离：Linux 下的 crontab 所有任务都运行在同一个环境中，容易出现依赖冲突等问题。而 Kubernetes 下的 CronJob 可以定义多个 Pod 来运行不同的任务，从而实现了任务之间的环境隔离。
5. 缩放性：Linux 下的 crontab 通常只能运行在单台服务器上，无法进行水平扩展。而 Kubernetes 下的 CronJob 可以运行在多节点的集群上，并且可以通过水平扩展来提高任务的并发度和可用性。

综上所述，Linux 下的 crontab 和 Kubernetes 下的 CronJob 在功能和使用方式上都有不同，具体使用哪种工具取决于具体的需求和场景。

五.CronJob表达式语法

cronjob类似于Linux 的crontab， cronjob简写为cj，查看cronjob任务。

[root@k8scloude1 jobandcronjob]# kubectl get cj
No resources found in job namespace.

[root@k8scloude1 jobandcronjob]# kubectl get cronjob
No resources found in job namespace.

查看创建cronjob的帮助

[root@k8scloude1 jobandcronjob]# kubectl create cj --help
Create a cronjob with the specified name.

Aliases:
cronjob, cj

Examples:
  # Create a cronjob
  kubectl create cronjob my-job --image=busybox --schedule="*/1 * * * *"
  
  # Create a cronjob with command
  kubectl create cronjob my-job --image=busybox --schedule="*/1 * * * *" -- date
......
Usage:
  kubectl create cronjob NAME --image=image --schedule='0/5 * * * ?' -- [COMMAND] [args...] [flags] [options]

Use "kubectl options" for a list of global command-line options (applies to all commands).

CronJob表达式由五个字段组成，分别代表分钟、小时、日、月、周几。每个字段可以是以下任何值：

• 单个数字：例如5表示第5分钟或5月份。
• 逗号分隔的数字列表：例如5,15,25表示第5、15和25分钟。
• 连续的数字范围：例如10-15表示从第10分钟到第15分钟。
• 星号（*）：表示匹配该字段的所有值。例如在分钟字段上使用星号表示每分钟执行任务。
• 斜杠（/）：表示步长值。例如在分钟字段上使用"*/3"表示每隔3分钟执行一次任务。

CronJob表达式示例：

• 每小时执行：0 * * * *
• 每天晚上10点执行：0 22 * * *
• 每周一早上6点执行：0 6 * * 1
• 每2分钟运行一次任务 ： */2 * * * *

六.创建CronJob定时任务

生成cronjob的yaml文件，--schedule="*/1 * * * *" 表示每分钟执行一次，执行的命令为：-- sh -c "date;sleep 10"打印当前日期和休眠10秒钟。

[root@k8scloude1 jobandcronjob]# kubectl create cronjob my-cronjob --image=busybox --schedule="*/1 * * * *" --dry-run=client -o yaml -- sh -c "date;sleep 10" >cronjob.yaml

[root@k8scloude1 jobandcronjob]# cat cronjob.yaml 
apiVersion: batch/v1
kind: CronJob
metadata:
  creationTimestamp: null
  name: my-cronjob
spec:
  jobTemplate:
    metadata:
      creationTimestamp: null
      name: my-cronjob
    spec:
      template:
        metadata:
          creationTimestamp: null
        spec:
          containers:
          - command:
            - sh
            - -c
            - date;sleep 10
            image: busybox
            name: my-cronjob
            resources: {}
          restartPolicy: OnFailure
  schedule: '*/1 * * * *'
status: {}

修改yaml文件，功能为：创建一个 名为my-cronjob的Kubernetes CronJob定时任务，使用 busybox 镜像作为容器镜像，执行每分钟一次的定时任务，任务是date;sleep 10打印当前日期和休眠10秒钟。

schedule:*/1 * * * *：表示每分钟执行一次作业。

restartPolicy: OnFailure：在容器执行失败时重新启动容器。

[root@k8scloude1 jobandcronjob]# vim cronjob.yaml 

[root@k8scloude1 jobandcronjob]# cat cronjob.yaml 
apiVersion: batch/v1
kind: CronJob
metadata:
  creationTimestamp: null
  name: my-cronjob
spec:
  jobTemplate:
    metadata:
      creationTimestamp: null
      name: my-cronjob
    spec:
      template:
        metadata:
          creationTimestamp: null
        spec:
          #当需要关闭容器时，立即杀死容器而不等待默认的30秒优雅停机时长。
          terminationGracePeriodSeconds: 0
          containers:
          - command:
            - sh
            - -c
            - date;sleep 10
            image: busybox
            #imagePullPolicy: IfNotPresent：表示如果本地已经存在该镜像，则不重新下载；否则从远程 Docker Hub 下载该镜像
            imagePullPolicy: IfNotPresent
            name: my-cronjob
            resources: {}
          #restartPolicy: OnFailure：在容器执行失败时重新启动容器。  
          restartPolicy: OnFailure
  #表示每分钟执行一次作业。        
  schedule: '*/1 * * * *'
status: {}

创建cronjob并查看

[root@k8scloude1 jobandcronjob]# kubectl apply -f cronjob.yaml 
cronjob.batch/my-cronjob created

[root@k8scloude1 jobandcronjob]# kubectl get cj
NAME         SCHEDULE      SUSPEND   ACTIVE   LAST SCHEDULE   AGE
my-cronjob   */1 * * * *   False     0        <none>          4s

[root@k8scloude1 jobandcronjob]# kubectl get pod
No resources found in job namespace.

现在开始观察pod状态，使用watch每 0.5 秒执行一次 kubectl get pod 命令，实时查看 Kubernetes 集群中 Pod 的状态信息。可以发现由于sleep 10，所以每个pod运行10秒之后status由running变为Completed。

#每 0.5 秒执行一次 `kubectl get pod` 命令
[root@k8scloude1 jobandcronjob]# watch -n .5 'kubectl get pod'

[root@k8scloude1 jobandcronjob]# kubectl get pod
NAME                        READY   STATUS    RESTARTS   AGE
my-cronjob-27406765-xk2v7   1/1     Running   0          9s

[root@k8scloude1 jobandcronjob]# watch -n .5 'kubectl get pod'

[root@k8scloude1 jobandcronjob]# kubectl get pod

NAME                        READY   STATUS      RESTARTS   AGE
my-cronjob-27406765-xk2v7   0/1     Completed   0          70s
my-cronjob-27406766-7gbjc   1/1     Running     0          10s

[root@k8scloude1 jobandcronjob]# kubectl get pod
NAME                        READY   STATUS      RESTARTS   AGE
my-cronjob-27406765-xk2v7   0/1     Completed   0          76s
my-cronjob-27406766-7gbjc   0/1     Completed   0          16s

删除cronjob

[root@k8scloude1 jobandcronjob]# kubectl delete cj my-cronjob 
cronjob.batch "my-cronjob" deleted

[root@k8scloude1 jobandcronjob]# kubectl get pod
No resources found in job namespace.

[root@k8scloude1 jobandcronjob]# kubectl get cj
No resources found in job namespace.

七.创建具有超时时间的CronJob定时任务

刚才创建的cronjob，每个pod会运行10s（sleep 10）,有的pod可能会运行很长时间，我们可以使用activeDeadlineSeconds参数限制pod最多运行多长时间。activeDeadlineSeconds 用于指定 Pod 最大的运行时间。如果一个 Pod 已经运行了超过这个时间，Kubernetes 会强制将其终止删除。

修改yaml文件，添加activeDeadlineSeconds: 5：设置了 Pod 最大运行时间为 5 秒，如果超过这个时间就会被 Kubernetes 强制删除。

[root@k8scloude1 jobandcronjob]# vim cronjob.yaml 

[root@k8scloude1 jobandcronjob]# cat cronjob.yaml 
apiVersion: batch/v1
kind: CronJob
metadata:
  creationTimestamp: null
  name: my-cronjob
spec:
  jobTemplate:
    metadata:
      creationTimestamp: null
      name: my-cronjob
    spec:
      #activeDeadlineSeconds: 5：设置了 Pod 最大运行时间为 5 秒，如果超过这个时间就会被 Kubernetes 强制删除。
      activeDeadlineSeconds: 5
      template:
        metadata:
          creationTimestamp: null
        spec:
          #当需要关闭容器时，立即杀死容器而不等待默认的30秒优雅停机时长。
          terminationGracePeriodSeconds: 0
          containers:
          - command:
            - sh
            - -c
            - date;sleep 10
            image: busybox
            imagePullPolicy: IfNotPresent
            name: my-cronjob
            resources: {}
          #restartPolicy: OnFailure：在容器执行失败时重新启动容器。  
          restartPolicy: OnFailure
  #表示每分钟执行一次作业。        
  schedule: '*/1 * * * *'
status: {}

创建cronjob

[root@k8scloude1 jobandcronjob]# kubectl apply -f cronjob.yaml 
cronjob.batch/my-cronjob created

[root@k8scloude1 jobandcronjob]# kubectl get cj
NAME         SCHEDULE      SUSPEND   ACTIVE   LAST SCHEDULE   AGE
my-cronjob   */1 * * * *   False     0        <none>          6s

[root@k8scloude1 jobandcronjob]# kubectl get pod
No resources found in job namespace.

现在开始观察pod状态，使用watch每 0.5 秒执行一次 kubectl get pod 命令，实时查看 Kubernetes 集群中 Pod 的状态信息。可以发现每一分钟执行一次定时任务“*/1 * * * *” ，sleep 10超过5秒，pod运行5秒之后被强制删除。

[root@k8scloude1 jobandcronjob]# watch -n .5 'kubectl get pod'

[root@k8scloude1 jobandcronjob]# kubectl get pod
NAME                        READY   STATUS    RESTARTS   AGE
my-cronjob-27406771-vskpb   1/1     Running   0          3s

[root@k8scloude1 jobandcronjob]# kubectl get pod
No resources found in job namespace.

[root@k8scloude1 jobandcronjob]# kubectl get pod
No resources found in job namespace.

删除cronjob

[root@k8scloude1 jobandcronjob]# kubectl delete cj my-cronjob 
cronjob.batch "my-cronjob" deleted

[root@k8scloude1 jobandcronjob]# kubectl get cj
No resources found in job namespace.

[root@k8scloude1 jobandcronjob]# kubectl get pod
No resources found in job namespace.

八.总结

本文介绍了Kubernetes CronJob定时任务的语法，如何创建cronjob定时任务，以及创建具有超时时间的cronjob。

Kubernetes CronJob为容器化环境提供了非常便利的任务调度功能，可以帮助我们自动化许多常见的周期性任务。