本文是 Kubernetes overview 的 implementation-layer deep article。Overview 已說明 K8s 在 deployment platform 譜系的定位、本文聚焦 pod termination 這個 production 最常踩、被誤解最深的議題：序列、配置、五個 case、跟 service mesh 整合。

Graceful shutdown 沒做對、500 期間每次 deploy 都吃 502

最常見的觸發場景：deploy 新 image、prometheus alert 在 5 分鐘內收到一波 502 / 503、SRE 翻 application log 看到「正在處理 request」「connection closed」交替出現。Application 本身沒 bug、但 K8s 在 pod terminate 時跟 traffic 來源 沒對齊步調、舊 pod 還在處理請求時就被 SIGKILL、新 request 還在打到準備關閉的 pod 上。

很多團隊修法是 把 terminationGracePeriodSeconds 從 30 拉到 120、暫時掩蓋問題；但症狀會在下次 rolling update / HPA scale-down / node drain 時換個形式回來。根因在 termination 序列 — pod 不是收到 SIGTERM 就 graceful、序列裡每一步出錯都有不同 fail mode。

Termination 序列：五步、每步都能爆

K8s 收到 delete pod 請求後、發生的事 按時間 是：

關鍵誤解：

1. 「pod 從 Service 移除」跟「container 收到 SIGTERM」是 平行、不是序列。Endpoint controller 更新 Endpoints object → kube-proxy 重新寫 iptables → 各 node 的 traffic 才真正停 — 這條鏈通常需要 1-5 秒；同時間 SIGTERM 已經發給 application。

2. preStop hook 是「container 還在跑、SIGTERM 還沒發」期間執行。pre-Stop 設 sleep 10 是 production 標準作法 — 用 sleep 讓 endpoint controller 有時間把 pod 從 Service 移除、避免 SIGTERM 期間還有新 request 進來。

3. terminationGracePeriodSeconds 是 從 preStop 開始 計時、不是從 SIGTERM。preStop sleep 10s + application 30s graceful = 至少要設 40s。

4. graceful 不是 framework 自動的。Application 必須 主動處理 SIGTERM：拒絕新 request、等 in-flight 完成、close DB connection、flush log。沒處理 SIGTERM、container 會在 grace period 後被強殺。

5. readiness probe 在 Terminating 期間 仍會被執行、但結果不影響 traffic（已經從 Endpoints 移除）。但若 application 沒主動讓 readiness fail、service mesh / external LB 可能仍在送 request（依不同 mesh 行為）。

配置全圖

Deployment spec

 1apiVersion: apps/v1
 2kind: Deployment
 3spec:
 4  template:
 5    spec:
 6      terminationGracePeriodSeconds: 60          # SIGTERM 後 60s 才 SIGKILL
 7      containers:
 8        - name: app
 9          lifecycle:
10            preStop:
11              exec:
12                command: ["/bin/sh", "-c", "sleep 10"]
13          readinessProbe:
14            httpGet:
15              path: /healthz/ready
16              port: 8080
17            periodSeconds: 5
18            failureThreshold: 2

時序：t=0 preStop 開始 sleep 10s → t=10s container SIGTERM → t=70s SIGKILL（不是 t=60s、是 60s after SIGTERM）。

Application 處理 SIGTERM（Go 範例）

 1sigs := make(chan os.Signal, 1)
 2signal.Notify(sigs, syscall.SIGTERM)
 3
 4server := &http.Server{Addr: ":8080"}
 5go server.ListenAndServe()
 6
 7<-sigs                                              // 等 SIGTERM
 8log.Println("SIGTERM received, draining...")
 9
10// 1. readiness fail（讓 mesh-aware 流量停）
11ready.Store(false)
12
13// 2. wait 5s 讓 readiness probe failureThreshold 觸發
14time.Sleep(5 * time.Second)
15
16// 3. graceful shutdown server（拒新請求、等 in-flight）
17ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), 45*time.Second)
18defer cancel()
19server.Shutdown(ctx)
20
21// 4. close DB / cache / message consumer
22db.Close()
23consumer.Stop()
24
25// 5. flush log + exit
26logger.Sync()

關鍵：server.Shutdown(ctx) 是 拒新請求、等 in-flight、ctx timeout 設 grace period 減去 preStop sleep 跟 readiness fail 等待時間（60s - 10s - 5s = 45s）。

Production 故障演練

Case 1：Rolling update 期間 502 / 503

徵兆：每次 deploy 後 5 分鐘內 LB / ingress log 一波 502 / 503、application log 顯示「context canceled」「connection closed by peer」、新 pod 已 ready 但舊 pod 在 grace period 內仍收 request。

根因：沒設 preStop sleep、container 收到 SIGTERM 後立刻 server.Shutdown()、但 kube-proxy 還沒把舊 pod 從 iptables 移除、新 request 持續送到舊 pod、舊 pod 已拒收。

修法：preStop sleep 10、讓 endpoint propagation 完成再進入 SIGTERM 流程。

Case 2：Connection drain race，long-running request 被中斷

徵兆：deploy 後 application log 有大量 context canceled 對應到 long-running endpoint（例：報表生成、檔案上傳）、user 端看到 transaction 失敗、但短 request 沒事。

根因：long-running endpoint 處理時間 > terminationGracePeriodSeconds、server.Shutdown(ctx) ctx timeout 設太短、in-flight 強制中斷。

修法：

1. 把 long-running endpoint 改 async（背景 job + status endpoint）、HTTP request 立刻 return job ID
2. 短期：terminationGracePeriodSeconds 拉到 long-running 99 percentile + buffer
3. application 側 ctx timeout = grace period - preStop - readiness fail wait

Case 3：Init container 在 grace period 期間重啟、SIGTERM 沒到 main

徵兆：pod 顯示 Terminating 但 phase 一直在 Running、main container restart count + 1、application log 沒看到「SIGTERM received」。

根因：init container 用 restartPolicy: Always（K8s 1.28+ sidecar 模式）、或 main container 在 SIGTERM 前先 crash 觸發 restart、kubelet 在 restart 後 不重發 SIGTERM、main container 跑到 grace period 結束直接 SIGKILL。

修法：

1. Sidecar container（restartPolicy: Always）的 preStop 也要設 sleep、跟 main 同 lifecycle
2. main container readinessProbe 失敗時 別自動 restart（restartPolicy: OnFailure + crashLoopBackOff 觀察）
3. 觀察 kubectl describe pod 的 events、SIGTERM 沒發出來會有 Killing container event 缺失

Case 4：StatefulSet 串行終止、總時間 = pod 數 × grace period

徵兆：StatefulSet rolling update / scale-down 比 Deployment 慢 N 倍（N = replica 數）、deploy 一個 5 replica 的 statefulset 要 5 分鐘以上。

根因：StatefulSet 預設 podManagementPolicy: OrderedReady — pod 串行終止 + 串行創建、每個 pod 至少要 grace period 完成才動下一個。Deployment 用 RollingUpdate 預設 maxUnavailable=25% 平行終止。

修法：

1. StatefulSet 改 podManagementPolicy: Parallel（若 application 不要求嚴格順序）
2. 嚴格順序情境（Cassandra / Kafka / etcd）保留 OrderedReady、但 grace period 設 單 pod 必要時間、不要設 總時間能承受
3. 接受序列化代價、把 deploy 排在低流量時段

Case 5：Job / CronJob 不 graceful、SIGTERM 直接 SIGKILL

徵兆：CronJob 在 Job timeout / pod eviction 時不 graceful、寫一半的 file 留在 PVC、下次跑時 corrupt；application log 沒「SIGTERM received」、直接斷。

根因：Job 的 activeDeadlineSeconds 到期 / node eviction 觸發時、K8s 對 Job pod 仍會發 SIGTERM、但 很多 batch framework（Spring Batch / Argo Workflow worker）沒處理 SIGTERM、application 沒主動 checkpoint。

修法：

1. Batch application 處理 SIGTERM、checkpoint 進度寫 storage、下次跑時 resume
2. 不適合 checkpoint 的 batch、保證 idempotent re-run、SIGKILL 後重跑不會 corrupt
3. Job spec 加 terminationGracePeriodSeconds（預設 30、batch 通常要 60-300）

規模影響

Graceful shutdown 的成本主要在 deploy 時間 跟 capacity buffer：

實務 default：

• Web service：terminationGracePeriodSeconds: 60、preStop sleep 10、application graceful 45s
• Backend worker（消費 queue）：terminationGracePeriodSeconds: 120、preStop 不 sleep（用 readiness 控）、application 處理當前 message + commit offset
• Batch job：terminationGracePeriodSeconds: 300、checkpoint pattern
• StatefulSet（DB / queue）：grace period 對齊 vendor 建議（Kafka 90s、PostgreSQL 60s）

跟其他元件整合

Service mesh（Istio / Linkerd）

Service mesh sidecar（envoy / linkerd-proxy）也有自己的 termination — 通常比 main container 晚一點關。配置原則：

1. mesh sidecar 設 terminationGracePeriodSeconds 比 main 多 5-10s、main 處理完才換 sidecar
2. Istio 1.12+ 的 proxy.istio.io/config.holdApplicationUntilProxyStarts 控啟動順序、shutdown 也要對應
3. mTLS 環境 graceful 多一道：在 SIGTERM 後等 mesh 主動 close cert rotation、不要硬斷

Readiness probe 跟 mesh-aware traffic

純 K8s Service（kube-proxy iptables）：endpoint 移除後 已建立 connection 仍會跑完、新 connection 不來。Mesh-aware traffic（service mesh / external LB with health check）：要 readiness fail 才會停送。

修法：application graceful 第一步是 ready.Store(false) + 等 readiness probe 至少 fail 一次（5-10s）、才開始 server.Shutdown。

跟 Pod Disruption Budget（PDB）的衝突

Node drain 時 PDB 限制可同時 unavailable 的 pod 數、graceful shutdown 拖長會讓 drain 卡住。對策：

1. 緊急 drain（node 硬體故障）：kubectl drain --grace-period=30 --force、接受短時間 502
2. 正常 drain（升級 / 維運）：PDB 設 minAvailable: <replicas-1>、容許單 pod 慢慢 graceful
3. 不要設 maxUnavailable: 0、會讓 drain 卡死

下一步

• Application graceful 寫法：12-factor app disposability 章節給 framework-agnostic 模板、各語言 SDK 寫法見對應 framework
• Queue consumer 的 graceful：訊息 ack / offset commit 必須在 SIGTERM 內完成、否則 duplicate message — 對應 03 message queue 模組的 consumer-design 段
• 跨 region / 多 cluster 的 graceful：multi-cluster service mesh（Istio multicluster / Linkerd multicluster）的 traffic shift 期間 graceful 行為跟單 cluster 不同、需要對齊 mesh 配置

相關連結

• 上游 vendor 頁：Kubernetes
• 上游 chapter：5.X deployment-rollout-drain-rollback
• 對照案例：rolling update 期間 502 多見於 stage-3 mesh adoption case 庫
• 平行 deep article：pgBouncer 配置 / Vault Dynamic Credential
• Methodology：Vendor 深度技術文章的寫作方法論