5. 应用编排和管理：Deployment

Love The Way You Lie 2022-12-24 10:52 102阅读 0赞

> 本文由 CNCF + Alibaba 云原生技术公开课 整理而来

### Deployment：管理部署发布 ###

*  `Pod` 存在的问题：

Kubernetes 集群可以直接管理所有的 `Pod` 吗？如果这样做，会带来什么样的问题呢？

首先 Kubernetes 集群不可以直接管理所有的 `Pod`，也强烈不建议这么做，因为这么做会带来这些问题：

1. 如何保证集群内可用 Pod 的数量？
    
    2. 如何为所有 Pod 更新镜像的版本？
    
    3. 如何在更新过程中保证服务的可用性？
    
    4. 如何在更新过程中发现问题并快速回滚？

正因为存在这些问题，所以 Kubernetes 引入了全新的资源对象——`Deployment`，它也是逻辑概念，用来作为 `Pod` 管理部署发布的控制器。

*  `Deployment` 介绍：

`Deployment` 作为 `Pod` 管理部署发布的控制器，每个 `Deployment` 其实是管理的一组相同的应用 `Pod`。`Deployment` 可以具体完成这些事情：

1. Deployment定义了 Pod 期望数量，Controller 始终会持续维持 Pod 数量为期望的数量。当 Pod 出现问题时，Controller也能够恢复
    
    2. 配置 Pod 发布方式，Controller 会按照 Deployment 配置的策略来更新 Pod，而且在更新过程中可以设置不可用的 Pod 数量范围
    
    3. 如果更新过程中发生问题，也可以针对 Deployment “一键回滚”，通过一条命令就可以将 Deployment 对应的所有 Pod 更新为之前的旧版本

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### Deployment 用法 ###

下面简单介绍 `Deployment` 的用法。

*  `Deployment` 语法：

nginx `Deployment` yaml 文件示例：

apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    metadata:
      name: nginx-deployment
      labels:
        app: nginx
    spec:
      replicas: 3
      selector:
        matchLabels:
          app: nginx
      template:
        metadata:
          labels:
            app: nginx
        spec:
          containers:
          - name: nginx
            image: nginx:1.7.9
            ports:
            - containerPort: 80

文件解析：

apiVersion: apps/v1     表示 Deployment 当前所属的组是 apps，版本是 v1
    
    kind        表示 Kubernetes 资源类型是 Deployment
    
    metadata    表示 Deployment 的元数据，元数据通常包含 name、namespace、labels、annotations 等
    
    spec    表示 Deployment 的期望状态，replicas 表示期望的 Pod 数量；selector 表示 Pod 选择器，选择带相同 label 的 Pod；
            template 表示 Pod 的模板，模板中也有 Pod 的 metadata 和 spec

*  查看 `Deployment` 状态：

当创建出一个 `Deployment`，可以通过 `kubectl get deployment` 命令查看 `Deployment` 的状态。具体可以看到这些字段：

DESIRED     期望的 Pod 数量（replicas）
    
    CURRENT     当前实际的 Pod 数量
    
    UP-TO-DATE  到达期望版本的 Pod 数量
    
    AVAILABLE   运行中可用的 Pod 数量
    
    AGE         Deployment 创建的时长

*  查看 `Pod` 状态：

当创建出一个 `Deployment`，可以通过 `kubectl get pod` 命令查看 `Pod` 的状态。通常可以看出 `Pod` 的名称分为三部分：

第一部分，是 Pod 所属的 Deployment 的名称，如果是上面示例中创建的 Deployment，则该名称是 nginx-deployment
    
    第二部分，是 template-hash，同一个 Deployment 的 Pod 是一样的，因为 Pod 是同一个 template 中创建出来的
    
    第三部分，是一个随机生成的字符串，每个 Pod 随机生成的字符串都不会相同

*  `Deployment` 更新镜像版本：

对一个给定的 `Deployment` 更新镜像版本，有三种方式。以上面示例为例：

1. kubectl set image deployment.v1.apps/nginx-deployment nginx=nginx:1.9.1
    
    2. kubectl edit deployment nginx-deployment             #修改镜像版本
    
    3. 直接修改 yaml 文件（image: nginx:1.9.1），kubectl apply -f <yaml file>

*  `Deployment` 快速回滚：

如果在发布过程中遇到了问题，也支持快速回滚。以上面示例为例：

#回滚到上一版本
    
    kubectl rollout undo deployment/nginx-deployment
    
    #先查看版本列表，然后回滚到指定版本
    
    kubectl rollout history deployment.v1.apps/nginx-deployment
    
    kubectl rollout undo deployment.v1.apps/nginx-deployment --to-revision=2

*  `Deployment Status`：

Kubernetes 的每一个资源都有它的 `spec.Status`，`Deployment Status` 中描述的三个其实是它的 conversion 状态，也就是 `Processing`、`Complete` 以及 `Failed`。

以 `Processing` 为例，`Processing` 指的是 `Deployment` 正在处于扩缩容或发布中。`Processing` 状态的 `Deployment`，它所有的 `replicas` 及 `Pod` 副本全部达到最新版本，而且是 `Available`，这样就可以进入 `Complete` 状态。而 `Complete` 状态如果再次发生了扩缩容，也会重新进入 `Processing` 这个状态。

如果在处理过程中遇到一些问题，比如拉取镜像失败或者 `readiness probe` 检查失败，就会进入 `Failed` 状态；如果在运行过程中，即 `Complete` 状态中发生 `Pod readiness probe` 检查失败，这个时候 `Deployment` 也会进入 `Failed` 状态。进入 `Failed` 状态之后，除非所有 `replicas` 均变成 `Available`，而且是 `updated` 最新版本，`Deployment` 才会重新进入 `Complete` 状态。

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### 架构设计 ###

*  管理模式：

`Deployment` 只负责管理不同版本的 `ReplicaSet`，由 `ReplicaSet` 来管理具体的 `Pod` 副本数，每个 `ReplicaSet` 对应 `Deployment template` 的一个版本。每一次修改 `template`，都会生成一个新的 `ReplicaSet`，这个 `ReplicaSet` 下的 Pod 其实都是相同的版本。

`Deployment` 创建 `ReplicaSet`，而 `ReplicaSet` 创建 `Pod`，它们的 `OwnerRef` 都对应了其控制器的资源。

*  `Deployment` 控制器：

首先，所有的控制器都是通过 Informer 中的事件做一些 `Handler` 和 `Watch`，这里 `Deployment` 控制器其实关注的是 `Deployment` 和 `ReplicaSet` 中的事件，收到事件后会加入到队列中。而 `Deployment` 控制器从队列中取出来之后，它的逻辑会判断 Check Paused，这个 Paused 其实是 `Deployment` 是否需要进行新的发布，如果 Paused 设置为 `true`，就表示这个 `Deployment` 只会做一个数量上的维持，不会做新的发布。

如果 Check Paused 为 `true`，那么 `Deployment` 控制器只会做 Sync `replicas`，即把 `replicas` 同步到对应的 `ReplicaSet` 中，然后再更新 `Deployment Status`，这一次的过程就结束了。

如果 Paused 为 `false`，它就会做 `Rollout`，通过 `Create` 或 `Rolling` 的方式来更新，更新的方式也是通过 `Create/Update/Delete` `ReplicaSet` 来做实现的。

*  `ReplicaSet` 控制器：

当 `Deployment` 分配 `ReplicaSet` 之后，`ReplicaSet` 控制器本身也是从 Informer 中 `Wtach` 一些事件，这些事件包含了 `ReplicaSet` 和 `Pod` 的事件。从队列中取出之后，`ReplicaSet` 控制器的逻辑很简单，就只管理 `replicas`。如果 `replicas` 比当前 `Pod` 数量大，就会扩容；反之则会缩容，删除 `Pod`，维持当前 `Pod` 数量与 `replicas` 一致。

`Deployment` 控制器其实做了更复杂的事情，包含了版本管理，只不过是把每一个版本下的 `Pod` 数量维持工作交给 `ReplicaSet` 来完成。

*  `Spec` 字段解析：

`Deployment` 中还有这些重要的 `Spec` 字段：

MinReadySeconds：Deployment 判断 Pod available 的最小时间。如果我们设置 MinReadySeconds 为 30 秒，那 Deployment 就一定会等到 Pod ready 超过 30 秒之后才认为 Pod 是 available 的。
                    Pod available 的前提条件是 Pod ready，但是 ready 的 Pod 不一定是 available 的，它一定要超过 MinReadySeconds 之后，才会判断为 available；
     
    
    revisionHistoryLimit：保留历史 revision（ReplicaSet）的数量，默认值为 10 个。可以设置为一个或两个，如果回滚可能性比较大的话，可以设置数量超过 10；
     
    
    paused：用来标识 Deployment 只做数量维持、不做新的发布，这个字段在 Debug 场景可能会用到；
     
    
    progressDeadlineSeconds：判断 Deployment Status 为 Failed 的最大时间。当 Deployment 处于扩缩容或者发布状态时，它的 condition 会处于 Processing 的状态。
                            可以为 Processing 设置一个超时时间。如果超过超时时间还处于 Processing 状态，那么控制器将认为这个 Pod 会进入 Failed 状态。

*  升级策略字段解析：

`Deployment` 在 `RollingUpdate` 中主要提供了两个策略，分别是 `MaxUnavailable` 和 `MaxSurge`：

MaxUnavailable：滚动过程中最多有多少个 Pod 不可用
    
    MaxSurge：滚动过程中最多存在多少个 Pod 超过预期 replicas 数量

举个例子，`ReplicaSet` 为 3 的 `Deployment` 在发布时可能存在一种情况：新版本的 `ReplicaSet` 和旧版本的 `ReplicaSet` 都可能有 2 个 `replicas`，加在一起就是 4 个，超过了期望的数量 3 个。这是因为默认的 `MaxUnavailable` 和 `MaxSurge` 都是 `25%`，默认 `Deployment` 在发布的过程中，可能有 25% 的 `replicas` 是不可用的，也可能超过 `replicas` 数量 25% 是可用的，最高可以达到 125% 的 `replicas` 数量。

其实用户可以根据实际场景来做设置。当资源足够、且更注重发布过程中的可用性时，可设置 `MaxUnavailable` 较小、`MaxSurge` 较大。但如果资源比较紧张，可以设置 `MaxSurge` 较小，甚至设置为 0，但注意 `MaxSurge` 和 `MaxUnavailable` 不能同时为 0。

因为当 `MaxSurge` 为 0 的时候，必须要删除 `Pod`，才能扩容 `Pod`；如果不删除 `Pod` 是不能新扩 `Pod` 的，因为新扩出来的话，总的 `Pod` 数量就会超过期望数量。而两者同时为 0 的话，`MaxSurge` 保证不能新扩 Pod，但 `MaxUnavailable` 不能保证 `ReplicaSet` 中有 `Pod` 是 `Available` 的，这样就会产生问题。所以说这两个值不能同时为 0。

*  总结：

`Deployment` 管理多版本的方式，是针对每个版本的 `template` 创建一个 `ReplicaSet`，由 `ReplicaSet` 维护期望数量的 `Pod` 副本，而 `Deployment` 只需要关心不同版本的 `ReplicaSet` 里要指定多少数量的 Pod。

因此，`Deployment` 部署发布的根本原理，就是 `Deployment` 调整不同版本 `ReplicaSet` 里的期望副本数，以此来达到多版本 `Pod` 的升级和回滚。

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