Kubernetes从零到精通（06-工作负载-Deployment）

炸裂狸花猫

已于 2024-09-29 17:33:10 修改

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分类专栏： Kubernetes/K8S 文章标签： kubernetes 容器云原生

于 2024-09-05 16:59:45 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/fzw1030/article/details/141930356

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金丝雀部署Canary Deployment

一、工作负载

我们的应用以容器的形式在Kubernetes下的Pods中运行；但是，直接管理单个Pod的工作量将会非常繁琐（例如，一个Pod失败了，我们要挑选一个node节点再运行一个新的Pod来替换它，尤其是微服务框架下应用服务Pod数量非常大）。Kubernetes定义并实现了更高一层的抽象资源-工作负载。Kubernetes控制平面根据我们定义的工作负载对象规约自动管理Pod对象，其中最常见的就是Deployment。

二、Deployment示例

首先我们看下ReplicaSet这个控制器，它直接管理Pod，确保指定数量的Pod副本始终处于运行状态，当Pod终止时，ReplicaSet会自动创建新的Pod实例以保持预设的副本数量。

Deployment是一个更高级的抽象，提供了滚动更新和版本回滚功能，并且管理ReplicaSet。这意味着，我们可能永远不需要操作ReplicaSet对象，而是使用Deployment，并在spec部分定义我们的应用。

当我们创建一个Deployment对象，也就自动创建了一个或多个ReplicaSet对象，然后自动创建一个或多个Pod及需要的副本。

以下是一个Deployment的示例，我们看一下参数的定义：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
  namespace: example
  labels:
    app: nginx
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      name: nginx-demo
      namespace: example
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.14.1
        ports:
        - containerPort: 80

.spec.template就是上一节我们介绍的Pod定义的模版，被嵌套在Deployment模版中，这是常用做法（注意Pod被.spec.template.labels打上了标签，值为app: nginx）；
.spec.selector字段定义创建的ReplicaSet如何查找要管理的Pod，这里通过.spec.selector.matchLabels匹配标签值为app: nginx的Pod；
.spec.replicas表示创建三个Pod副本（Pod副本根据默认规则和自定义的规则，可能分散在不同的node服务器上）；
.metadata下是Deployment的一些基本定义：字段，名称，所在的命名空间，标签等；

同样的，我们执行kubectl命名kubectl apply -f deployment-demo.yaml就可以一键部署：

kubectl apply -f deployment-demo.yaml

每隔几秒执行一次kubectl get deployments -n example 可以看到副本数量的变化：

NAME READY UP-TO-DATE AVAILABLE AGE
nginx-deployment 0/3 0 0 1s

NAME READY UP-TO-DATE AVAILABLE AGE
nginx-deployment 1/3 0 0 2s

NAME READY UP-TO-DATE AVAILABLE AGE
nginx-deployment 2/3 0 0 2s

NAME READY UP-TO-DATE AVAILABLE AGE
nginx-deployment 3/3 3 3 10s

再查看Deployment创建的ReplicaSet（rs），运行kubectl get rs -n example 查看输出：

NAME DESIRED CURRENT READY AGE
nginx-deployment-25455e5167 3 3 3 15s

最后运行kubectl get pods -n example查看Pod的状态：

NAME READY STATUS RESTARTS AGE
nginx-deployment-25455e5167-1ac7i 1/1 Running 0 21s
nginx-deployment-25455e5167-kssfz 1/1 Running 0 21s
nginx-deployment-25455e5167-qmczt 1/1 Running 0 21s

从带哈希字符串的名称，也可以看到他们的关联关系:
nginx-deployment > nginx-deployment-25455e5167 > nginx-deployment-25455e5167-1ac7i

三、Deployment更新

常用操作

        当Deployment Pod模板（即 .spec.template）发生改变时（例如模板的标签或容器镜像被更新），会触发Deployment上线动作。其他更改（例如对Deployment执行扩缩容的操作）不会触发上线动作。
        我们以应用容器镜像版本为例（从nginx:1.14.1升级为nginx:1.14.2），介绍更新Deployment的几种方法如下：
1.编辑deployment-demo.yaml的内容，然后执行kubectl apply -f deployment-demo.yaml
2.执行命令行 kubectl set image deployment/nginx-deployment nginx=nginx:1.14.2
3.执行命令行 kubectl edit deployment/nginx-deployment 然后编辑内容，保存
        然后我们执行kubectl rollout status deployment/nginx-deployment查看上线状态，输出类似：

Waiting for rollout to finish: 1 out of 3 new replicas have been updated...

Waiting for rollout to finish: 2 out of 3 new replicas have been updated...

deployment "nginx-deployment" successfully rolled out

滚动更新机制

Deployment确保在更新时仅关闭一定数量的Pod。默认情况下，它确保至少所需Pod的75%处于运行状态（最大不可用比例为25%），新版本的默认值有调整。
更新Deployment时，Kubernetes创建了一个新的ReplicaSet（nginx-deployment-25455a9568），并将其扩容为1，等待其就绪；然后将旧ReplicaSet缩容到 2，将新的ReplicaSet扩容到2以便至少有3个Pod可用且最多创建4个Pod。然后，使用相同的滚动更新策略继续对新的ReplicaSet扩容并对旧的ReplicaSet缩容。最后，有3个可用的副本在新的ReplicaSet中，旧ReplicaSet将缩容到0。

Rollover机制

实际使用过程中，可能出现的情况：当Deployment正在上线时又被更新。这种情况下，Deployment会针对更新创建一个新的ReplicaSet并开始对其扩容，之前正在被扩容的ReplicaSet会被Rollover，添加到旧ReplicaSet列表并开始缩容。
例如，我正在更新一个Deployment以生成nginx:1.14.2的5个副本，但又有一个小伙伴更新Deployment要创建5个nginx:1.16.1的副本，此时只有3个nginx:1.14.2的副本已被创建。这种情况下，Deployment会立即开始杀死3个nginx:1.14.2的Pod，并开始创建nginx:1.16.1的Pod。它不会等待nginx:1.14.2的5个副本都创建完成后才开始执行变更动作。

回滚Rolling Back

当我们部署的新版本出现问题，暂时无法修复的情况下，可以执行回滚操作（默认情况下，Deployment的所有上线版本记录都保留在系统中，以便可以随时回滚）。同样的，当Deployment Pod模板（即 .spec.template）发生改变时，Kubernetes才会记录新修订版本，Deployment的扩缩容操作不会创建Deployment上线版本。
首先检查历史版本：

kubectl rollout history deployment/nginx-deployment

输出结果类似：

deployments "nginx-deployment"
REVISION CHANGE-CAUSE
1 kubectl apply --filename=deployment-demo.yaml
2 kubectl set image deployment/nginx-deployment nginx=nginx:1.14.1
3 kubectl set image deployment/nginx-deployment nginx=nginx:1.14.2
4 kubectl set image deployment/nginx-deployment nginx=nginx:heiheihei

确认想要回滚的版本详细信息（可选）

kubectl rollout history deployment/nginx-deployment --revision=3

输出结果类似：

deployments "nginx-deployment" revision 3
Labels: app=nginx
pod-template-hash=25455a9568
Annotations: kubernetes.io/change-cause=kubectl set image deployment/nginx-deployment nginx=nginx:1.14.2
Containers:
nginx:
Image: nginx:1.14.2
Port: 80/TCP
QoS Tier:
cpu: BestEffort
memory: BestEffort
Environment Variables: <none>
No volumes.

执行回滚操作:

kubectl rollout undo deployment/nginx-deployment --to-revision=3

最后执行必要的检查。

扩缩容

关于扩缩容，会在HPA资源介绍的时候详细说明，下面通过命令行方式简单看一下：
手动扩缩容，副本数的目标是10个:

kubectl scale deployment/nginx-deployment --replicas=10

自动扩缩容，pod的cpu使用率不超过80%的情况下，自动保持副本数在10到15之间

kubectl autoscale deployment/nginx-deployment --min=10 --max=15 --cpu-percent=80

暂停、恢复Deployment上线

有时我们在上线时需要暂停更新，以便执行一些程序修补等，避免触发一些不必要的操作，执行如下命令即可：
暂停

kubectl rollout pause deployment/nginx-deployment

恢复

kubectl rollout resume deployment/nginx-deployment

注意，暂停不是把Deployment和Pod的功能暂停了，应用是正常对外提供服务的，暂停的只是更新操作。

金丝雀部署Canary Deployment

金丝雀部署是逐步发布新版本应用程序的策略。它允许我们在将新版本完全替换旧版本之前，先将新版本部署到一小部分用户，以便在真实环境中测试其稳定性和性能。

而Kubernetes的Deployment更新默认是RollingUpdate滚动升级，或者手动修改为Recreate（在创建新 Pod 之前，所有现有的 Pod 会被杀死），更新策略都是针对副本数量的并且自动化的，无法满足金丝雀部署的需求。
常用的方法举例：
1.准备新的Deployment，其中Pod标签labels也设置为相同的值，例如本文中的app: nginx，容器镜像版本是新版本nginx:1.8.0，副本数.spec.replicas是1；
2.前端有个Service的selector是app: nginx，所以经过这个Service网络流量会有一小部分转发到新的Pod上，大部分流量还是在旧的Pod上；
3.观察业务新版本的稳定性和性能，新的Deployment的副本数+1，旧的Deployment的副本数-1；
4.重复步骤3，直到新版本完全替换旧版本；