【Kubernetes】Pod 之 Deployment 管理

格格步入
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一、 前言

使用 Deployment 进行 Pod 的部署、升级与回滚。

Deployment 为 Pod 和 ReplicaSet 提供了声明式定义方法，可以替代之前使用的 ReplicationController（RC）来管理应用。

Deployment 资源对象为 Pod 和 ReplicaSet（ReplicationController 的升级版）提供了声明式定义，在 Deployment YAML 文件中描述期望达到的目标状态。

Deployment Controller 会创建符合目标状态的 ReplicaSet 和 Pod，如果更新 Deployment，对应的 ReplicaSet 和 Pod 的状态也会改变以符合新的目标状态。

（1）典型应用场景

  1. 定义 Deployment 来创建 ReplicaSet 和 Pod

使用 Deployment 来创建 ReplicaSet，ReplicaSet 又会在后台创建 Pod。可以检查 Pod 的启动状态，观察是成功还是失败。也可以根据 Deployment 的状态判断上线是否 hang 住了。

  1. 滚动升级和回滚应用

通过更新 Deployment 的 PodTemplateSpec 字段来声明 Pod 的新状态，更新 Deployment 后会创建一个新的 ReplicaSet，Deployment 会按照控制的速率删除由旧的 ReplicaSet 创建的 Pod、并使用新的 ReplicaSet 创建新的 Pod，当新生成的 Pod 达到要求的目标状态后，会清除旧的 ReplicaSet。

如果当前状态不稳定，可以回滚到之前的 Deployment revision，每次回滚都会更新 Deployment 的 revision。

  1. 扩容和缩容

根据系统负载进行 Deployment 的扩容和缩容。

  1. 暂停和继续 Deployment

暂停 Deployment 并修改 PodTemplateSpec 字段，然后重新恢复上线。

（2）举个例子

  1. 定应Deployment文件 nginx-deployment.yaml

它可以创建一个 Replica Set 来启动 3个 nginx pod

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
        - name: nginx
          image: nginx:1.7.9
          ports:
            - containerPort: 80
  1. 执行创建
$ kubectl create -f nginx-deployment.yaml
deployment.apps/nginx-deployment created
  1. 查看Deployment的状态、RS的状态，以及运行的 Pod 副本数量
# 可以看到已经创建了 3 个符合要求的 Pod，这 3 个 Pod 都是最新的、都处于可用状态
$ kubectl get deployments
NAME               READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
nginx-deployment   3/3     3            3           39s

# 该 RS 需要 3 个 Pod，当前符合要求的有 3 个 Pod 并且已经创建好，RS 名字的组成：<Deployment 的名字>-<Pod template 的 hash 值>
$ kubectl get rs
NAME                          DESIRED   CURRENT   READY   AGE
nginx-deployment-5754944d6c   3         3         3       6m18s

# 使用 nginx-deployment-5754944d6c RS 创建的 3 个 Pod
$ kubectl get pods
NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-deployment-5754944d6c-gv8x8   1/1     Running   0          6m36s
nginx-deployment-5754944d6c-hsp99   1/1     Running   0          6m36s
nginx-deployment-5754944d6c-qqh42   1/1     Running   0          6m36s
  1. 查看nginx-deployment的详细信息
$ kubectl describe deployment nginx-deployment
# 在 Annotations 记录了版本 revision: 1
# 默认更新策略使用的是 RollingUpdate
# max unavailable 和 max surge 的默认值都为 25%
# ReplicaSet 为 nginx-deployment-5754944d6c



二、Deployment 升级

Kubernetes 提供滚动升级，就不用暂停与该服务相关的所有pod

通常使用 Deployment 来创建 Pod 资源对象，当Pod 在运行中，可以修改 Deployment 的 Pod 定义或是镜像名称，并应用到 Deployment 对象上，这样就完成了 Deployment 的自动更新操作。

（1）举个栗子

  1. 将pod的镜像更新为 nginx:1.9.1
$ kubectl set image deployment/nginx-deployment nginx=nginx:1.9.1
deployment.extensions/nginx-deployment image updated

# 也可以使用 kubectl edit 命令进行更新，把 image 字段下的 nginx:1.7.9 更改为 nginx:1.9.1
$ kubectl edit deployment/nginx-deployment
deployment.extensions/nginx-deployment edited
  1. 修改了镜像名，就会触发系统完成Deployment所有运行pod的滚动升级操作，查看rollout状态

Tips： 当且仅当 Deployment 的 .spec.template 字段下的 labels 或是 image 更新时才会触发 rollout，其它的更新并不会触发 rollout。

$ kubectl rollout status deployment/nginx-deployment
deployment "nginx-deployment" successfully rolled out
  1. 查看更新后的 Deployment、RS、Pod：
# 可以看到 UP-TO-DATE 的数量已经变成了 3，说明已经全部更新完成
$ kubectl get deployment
NAME               READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
nginx-deployment   3/3     3            3           143m

# 查看两个 RS 的最终状态，可以看到旧的 RS 已经没有 Pod 在运行了，新的 RS 创建好了 3 个新的 Pod
$ kubectl get rs
NAME                          DESIRED   CURRENT   READY   AGE
nginx-deployment-5754944d6c   0         0         0       143m
nginx-deployment-7448597cd5   3         3         3       6m11s

# 由新 nginx-deployment-7448597cd5 RS 创建出来的 3 个 Pod
$ kubectl get pods
NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-deployment-7448597cd5-7c9ms   1/1     Running   0          6m19s
nginx-deployment-7448597cd5-h6k89   1/1     Running   0          5m58s
nginx-deployment-7448597cd5-m8dnk   1/1     Running   0          5m25s
  1. 查看nginx-deployment详细信息
$ kubectl describe deployments/nginx-deployment
# ReplicaSet 更新为 nginx-deployment-7448597cd5

（2）分析更新过程

Event事件，可以看到Pod的更新过程：

  1. 系统创建了一个新的 RS（nginx-deployment-7448597cd5），将其副本数量扩展到 1；将旧的 RS（nginx-deployment-5754944d6c）副本数量缩减为 2
  2. 新的 RS 副本数量扩展到了 2，旧的 RS 副本数量缩减为 1
  3. 新的 RS 副本数量扩展到了 3，旧的 RS 副本数量缩减为 0

（3）更新策略

Deployment 通过字段 spec.strategy 设置 Pod 更新策略。

上面创建的 Deployment 的相关默认设置如下：

spec:
  strategy:
    rollingUpdate:
      maxSurge: 25%
      maxUnavailable: 25%
    type: RollingUpdate

Deployment 的更新策略有两种：

  • Recreat（重建）: 先 kill 掉所有正在运行的 Pod，然后创建新的 Pod。
  • RollingUpdate（滚动更新）: 逐个更新 Pod。可以在字段 spec.strategy.rollingUpdate 下设置两个参数 maxSurge 和 maxUnavailable 来控制滚动更新的过程。

关于两个参数的详细说明：

  • maxUnavailable： 指定更新过程中不可用状态的 Pod 数量上限。默认值 25% 指的是：Pod 期望副本数的 25%，然后系统会以向下取整的方式计算出绝对值（整数）。对于这里而言，当开始滚动更新时，旧的 RS 立即将副本数缩小到所需副本总数的 75%（3 * 75% = 2.25，然后向下取整，绝对值为 2），一旦新的 Pod 创建并准备好，旧的 RS 会进一步缩容，新的 RS 会进一步扩容，整个过程中系统在任意时刻都可以确保可用状态的 Pod 总数至少占 Pod 期望副本总数的 75%。

  • maxSurge：指定更新过程中 Pod 总数超过 Pod 期望副本数部分的最大值。默认值 25% 指的是：Pod 期望副本数的 25%，然后系统会以向上取整的方式计算出绝对值（整数）。对于这里而言，新的 RS 可以在滚动更新开始时立即进行副本数扩容，只要保证新旧 RS 的 Pod 副本总数之和不超过期望副本数的 125% 即可。一旦旧的 Pod 被 kill 掉，新的 RS 会进一步扩容。在整个过程中系统在任意时刻都能确保新旧 RS 的 Pod 副本总数之和不超过所需副本数的 125%。


（4）多重更新（Rollover）

“多重更新”也就是多个滚动更新（Rollout）同时进行。

每当 Deployment Controller 检测到有新的 Deployment 创建时，如果没有已存在的 ReplicaSet 来创建期望个数的Pod，Deployment Controller 就会创建一个新的 ReplicaSet 来执行改变，已存在的 ReplicaSet 控制 ``label匹配字段spec.selector但是template不匹配字段spec.template的Pod进行缩容，然后新的ReplicaSet将会扩容出匹配字段spec.replicas指定数目的Pod，旧的 ReplicaSet` 将会缩容到 0。

举个例子：比如创建了一个有 5 个 nginx:1.7.9 replica 的 Deployment，当刚刚创建到 3 个 nginx:1.7.9 replica 时，开始更新 Deployment 将其镜像修改为 nginx:1.9.1。在这种情况下，Deployment 会立即 kill 掉已创建的 3 个 nginx:1.7.9 的 Pod，并开始创建 nginx:1.9.1 的 Pod，它不会等到所有 5 个 nginx:1.7.9 的 Pod 都创建完成后才开始执行滚动更新。

更新 Deployment 的标签选择器（Label Selector）

通常情况下不建议更新 Deployment 的标签选择器，因为这样会导致 Deployment 选择的 Pod 列表发生变化，可能与其他控制器发生冲突。

步骤如下：

  1. 添加标签选择器

在添加标签选择器时，注意要同步修改 Deployment 配置的 Pod 标签，为 Pod 添加新的标签。

这里有点不同的是，添加标签选择器无法向后兼容，新的标签选择器不会匹配和使用旧选择器创建的 ReplicaSets 和 Pod，因此添加新的选择器会导致所有旧版本的 ReplicaSets 和由旧 ReplicaSets 创建的 Pod 处于孤立状态，即：不会被系统自动删除，也不受新的 ReplicaSet 控制。

向字段 spec.selector.matchLabels 和字段 spec.template.matedata.labels 同时添加标签 k8s: nginx-pod，使用如下命令进行修改：

$ kubectl edit deployment/nginx-deployment
deployment.extensions/nginx-deployment edited

查看更新后的 Deployment、RS、Pods：

# 可以看到更新完成
$ kubectl get deployment/nginx-deployment
NAME               READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
nginx-deployment   3/3     3            3           3h58m

# 创建了新的 RS：
$ kubectl get rs nginx-deployment-8ff4cd577
NAME                          DESIRED   CURRENT   READY   AGE
nginx-deployment-5754944d6c   0         0         0       3h58m
nginx-deployment-7448597cd5   3         3         3       101m
nginx-deployment-8ff4cd577    3         3         3       88s

# 使用新的 RS nginx-deployment-8ff4cd577 创建了 3 个 Pod，可以发现之前的 3 个 Pod 依然存在着，没有被删除
$ kubectl get pods
NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-deployment-7448597cd5-7c9ms   1/1     Running   0          101m
nginx-deployment-7448597cd5-h6k89   1/1     Running   0          100m
nginx-deployment-7448597cd5-m8dnk   1/1     Running   0          100m
nginx-deployment-8ff4cd577-8gxw2    1/1     Running   0          95s
nginx-deployment-8ff4cd577-8plkw    1/1     Running   0          95s
nginx-deployment-8ff4cd577-g7bc2    1/1     Running   0          95s
  1. 更新标签选择器

比如更新选择器中标签的键或值，这种做法产生的效果与添加新选择器标签类似。

  1. 删除标签选择器

从 Deployment 的标签选择器中删除一个或多个标签，该 Deployment 的 ReplicaSet 和 Pod 不会受到任何影响，只是被删除的标签依然会存在与现有的 ReplicaSet 和 Pod 上。

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