K8s之Deployment控制器入门到深入详解

文章目录

- 一、Deployment 高级控制器理论
- - 1、Deployment控制器介绍
  - 2、Deployment工作原理
- 二、Deployment YAML编写及参数解释
- - 1、整体Deployment YAML资源清单内容：
  - 2、核心参数解释：
  - 3、Deployment更新策略：
  - 4、Deployment更新策略百分比方式计算公式：
- 三、实战案例：
- - 1、Deployment部署WEB站点
  - 2、Deployment针对WEB站点扩缩容
  - 3、Deployment针对WEB站点滚动更新
  - 4、Deployment针对WEB站点回滚版本
- 四、蓝绿部署发布
- - 1、蓝绿部署介绍
  - 2、案例：实现蓝绿部署
- 五、金丝雀(灰度)部署
- - 2、金丝雀部署介绍
  - 3、案例：实现金丝雀部署
- 五、总结

一、Deployment 高级控制器理论

官方中文参考文档：

1、Deployment控制器介绍

Deployment是ReplicaSet的高级别抽象，ReplicaSet控制器有的功能Deployment全部具备，ReplicaSet没有的Deployment也具备比如，它提供了滚动升级和回滚的功能。Deployment是控制多个ReplicaSet，从而可以实现无缝升级和回滚。

Deployment控制器特点：

选择器：ReplicaSet使用标签选择器来选择要管理的Pod副本。
伸缩性：Deployment高级控制器可以根据负载自动伸缩容器数量，以满足应用程序的需求。
自我修复：Deployment高级控制器可以监控容器的健康状况，并在容器出现故障时自动重启或替换容器。
负载均衡：Deployment高级控制器可以通过负载均衡算法，将请求分发到不同的容器实例上，以提高应用程序的性能和可用性。
版本控制：Deployment可以指定多个ReplicaSet，每个ReplicaSet可以控制不同版本的Pod，从而实现灰度发布和回滚。
声明式：指直接修改资源清单yaml文件，然后通过 apply ，就可以更改资源。

2、Deployment工作原理

Deployment控制器建立在ReplicaSet控制器之上，管理多个ReplicaSet，每次更新镜像版本，都会生成一个新的ReplicaSet，把旧的ReplicaSet替换掉，多个ReplicaSet同时存在，但只运行一个ReplicaSet。

$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-oihJ8ed8-1685790124572)(D:\MD归档文档\IMG\image-20230602095346882.png)]$

如上图所示：ReplicaSet V1版本控制了三个Pod，ReplicaSet V1版本删除一个Pod，会在ReplicaSet V2版本新建一个Pod，以此类推，直到ReplicaSet V2版本完全替换完。

如果ReplicaSet V2版本更新上去存在问题，还可以回滚，Deployment建立在ReplicaSet之上，多个ReplicaSet组成一个Deployment，但只有一个ReplicaSet处于活跃状态。

二、Deployment YAML编写及参数解释

使用explain命令查看定义可以查看 deployment控制器字段说明：

kubectl explain deployment

1、整体Deployment YAML资源清单内容：

cat demo-deployment.yaml 

---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: demo-deployment-1
  labels:
    env: uat
spec:
  replicas: 3
  minReadySeconds: 10  # 更新场景,等待时间,如果没有设置K8S会假设该容器启动起来后就提供服务了
  paused:  # 暂停,当更新Pod时,先暂停,而不是立马更新
  progressDeadlineSeconds: 60 # 更新场景,等待时间超过此值,状态标记False,并说明原因,但是它并不会阻止 Deployment 继续进行卡住后面的操作 
  strategy:
    rollingUpdate:        # 滚动更新,定义滚动更新方式,也就是pod能多几个,少几个
      maxSurge: 20%       # 允许更新中,最多超过Pod数值
      maxUnavailable: 20% # 允许更新中,最多允许几个不可用
  selector:
    matchLabels:
      app: demo-nginx
  template:
    metadata: 
      labels:
        app: demo-nginx
    spec:
      containers:
      - name: demo-nginx
        image: nginx
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        startupProbe:      # 启动探测
          tcpSocket:
            port: 80
        livenessProbe:     # 存活探测 
          httpGet:
            port: 80
            path: /index.html
        readinessProbe:    # 就绪探测
          httpGet:
            port: 80
            path: "/index.html"

2、核心参数解释：

spec.minReadySeconds：更新场景,等待时间,如果没有设置K8S会假设该容器启动起来后就提供服务了。
spec.paused：暂停，当更新Pod时,先暂停,而不是立马更新，后面金丝雀发布要用到
spec.progressDeadlineSeconds：更新场景,等待时间超过此值,状态标记False,并说明原因,但是它并不会阻止 Deployment 继续进行卡住后面的操作
spec.strategy.rollingUpdate：滚动更新，定义滚动更新方式，也就是pod能多几个，少几个
spec.strategy.rollingUpdate.maxSurge：指定在更新期间可以创建的新Pod的最大数量。例如，如果maxSurge设置为1，而Deployment中有3个Pod，则在更新期间可以创建4个Pod，其中3个是旧的Pod，1个是新的Pod。
spec.strategy.rollingUpdate.maxUnavailable：指定在更新期间可以同时停止的旧Pod的最大数量。例如，如果maxUnavailable设置为1，而Deployment中有3个Pod，则在更新期间可以停止2个Pod，其中1个是旧的Pod，1个是新的Pod。

3、Deployment更新策略：

Deployment目前支持两种更新策略

Recreate：重建式更新，把Pod全部删除，在重新创建，风险很大，不建议使用
rollingUpdate：滚动式更新，批量替换更新，平滑升级，用户无感知

4、Deployment更新策略百分比方式计算公式：

假设有5个副本，最多一个不可用，就表示最少有4个可用

maxSurge: 25% 5*25%=1.25(~=2) 5+2=7个可用
maxUnavailable: 25% 5%25%=1.25(~=1) 5-1=4个不可用

三、实战案例：

1、Deployment部署WEB站点

WEB站点镜像下载：

导入镜像：

ctr -n=k8s.io images import  k8s_web.tar.gz

资源清单如下：

cat web-deployment.yaml 

---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: web-deployment
  labels:
    env: uat
spec:
  replicas: 5
  minReadySeconds: 10  
  progressDeadlineSeconds: 60 
  strategy:
    rollingUpdate:
      maxSurge: 20%       
      maxUnavailable: 20% 
  selector:
    matchLabels:
      app: web-nginx
  template:
    metadata: 
      labels:
        app: web-nginx
    spec:
      containers:
      - name: web-nginx
        image: web:v1
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        startupProbe:
          tcpSocket:
            port: 80
        livenessProbe:
          httpGet:
            port: 80
            path: /index.html
        readinessProbe:
          httpGet:
            port: 80
            path: "/index.html"

执行YAML清单文件：

kubectl apply -f web-deployment.yaml

查看创建出来的资源：

kubectl get pod,rs -l app=web-nginx

$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-dy1yG9Tx-1685790124573)(D:\MD归档文档\IMG\image-20230602113208393.png)]$

访问WEB网站：

podIp=$(kubectl get pod -l app=web-nginx|awk NR==2|awk '{print $1}')
kubectl describe pod  ${podIp}|grep -w IP:|awk NR==1|awk '{print $NF}'

curl 10.244.235.214
web version = V1

2、Deployment针对WEB站点扩缩容

扩容，将副本扩容至 7，根据上面YAML修改spec.replicas=7

修改完成后重新执行apply：

kubectl apply -f web-deployment.yaml

查看Pod数量：

kubectl get pods -l app=web-nginx|tail -n +2|wc -l

缩容，将副本缩容至 3，根据上面YAML修改spec.replicas=3

修改完成后重新执行apply：

kubectl apply -f web-deployment.yaml

查看Pod数量：

kubectl get pods -l app=web-nginx|tail -n +2|wc -l

3、Deployment针对WEB站点滚动更新

滚动更新是一种自动化较高的更新方式，即一批一批的更新Pod资源，用户体验比较平滑。滚动更新使用 spec.strategy.rollingUpdate 字段来定义。

基于上面YAML资源清单进行滚动更新，更换镜像版本为V2 YAML如下：

cat web-deployment.yaml 
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: web-deployment
  labels:
    env: uat
spec:
  replicas: 5
  minReadySeconds: 10  
  progressDeadlineSeconds: 60 
  strategy:
    rollingUpdate:
      maxSurge: 30%         # 5*30%=1.5(~=2), 2+5=7,更新期间最多创建7个Pod 
      maxUnavailable: 20%   # 5*20%=1, 1-5=4,更新期间最多停止4个Pod
  selector:
    matchLabels:
      app: web-nginx
  template:
    metadata: 
      labels:
        app: web-nginx
    spec:
      containers:
      - name: web-nginx
        image: web:v2    # 版本更新
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        startupProbe:
          tcpSocket:
            port: 80
        livenessProbe:
          httpGet:
            port: 80
            path: /index.html
        readinessProbe:
          httpGet:
            port: 80
            path: "/index.html"

执行YAML文件：

kubectl apply -f web-deployment.yaml

访问WEB网站：

podIp=$(kubectl get pod -l app=web-nginx|awk NR==2|awk '{print $1}')
kubectl describe pod  ${podIp}|grep -w IP:|awk NR==1|awk '{print $NF}'

curl 10.244.235.236
web version = V2

可以看到WEB网站内容更新至V2版本了

4、Deployment针对WEB站点回滚版本

查看历史版本：

kubectl rollout history deployment web-deployment

回滚版本：回滚到V1 版本

kubectl rollout undo deployment web-deployment --to-revision=1

访问WEB网站：

podIp=$(kubectl get pod -l app=web-nginx|awk NR==2|awk '{print $1}')
kubectl describe pod  ${podIp}|grep -w IP:|awk NR==1|awk '{print $NF}'

curl 10.244.235.231
web version = V1

可以看到WEB网站内容更新至V1版本了

四、蓝绿部署发布

1、蓝绿部署介绍

蓝绿部署中，需要有两套系统，一套是正在提供服务系统，标记为绿色，另一套是准备发布的系统，标记为蓝色，两套系统功能完善，只有绿色对外提供服务、蓝色用来发布前测试，测试无问题直接可以系统更新为蓝色。

切换后一段时间内，蓝绿两套系统并存，观察蓝色系统确实无问题之后，将其进行删除，将资源回收。

$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-7dooZhRI-1685790124573)(D:\MD归档文档\IMG\image-20230603152442649.png)]$

优点：两套系统指只需要更改路由或者切换DNS服务器，风险小，效率高。
缺点：两套系统并存，占用资源大。

2、案例：实现蓝绿部署

K8S不支持蓝绿部署，需要我们来进行规划，创建不同的Deployment、不同的Service来实现不同流量的切换！

创建绿色系统(第一版)YAML如下：

cat green-demo.yaml 

---
apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
  name: blue-green-demo
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: green-app
  namespace: blue-green-demo
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: green-app
  template:
    metadata:
      name: green-app
      labels: 
        app: green-app
    spec:
      containers:
      - name: green-app
        image: web:v1
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        startupProbe:
          tcpSocket:
            port: 80
        livenessProbe:
          httpGet:
            port: 80
            path: "/index.html"
        readinessProbe:
          httpGet:
            port: 80
            path: "/index.html"

创建Service 代理绿色(第一版)系统：

cat blue-green-svc.yaml

---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: blue-green-svc
  namespace: blue-green-demo
spec:
  type: NodePort
  ports:
  - port: 80
    nodePort: 30010
    name: http
  selector:
    app: green-app

执行YAML文件：

kubectl apply -f green-demo.yaml 
kubectl apply -f blue-green-svc.yaml

查看创建资源：

kubectl get pod,svc -n blue-green-demo

浏览器访问 IP:30010

$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-u0DHEjbW-1685790124574)(D:\MD归档文档\IMG\image-20230603155422091.png)]$

创建蓝色系统(第二版)YAML如下：

cat blue-deom.yaml 
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: blue-app
  namespace: blue-green-demo
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: blue-app
  template:
    metadata:
      name: blue-app
      labels: 
        app: blue-app
    spec:
      containers:
      - name: blue-app
        image: web:v2
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        startupProbe:
          tcpSocket:
            port: 80
        livenessProbe:
          httpGet:
            port: 80
            path: "/index.html"
        readinessProbe:
          httpGet:
            port: 80
            path: "/index.html"

执行YAML资源清单文件：

kubectl apply -f  blue-deom.yaml

进行切换

只需要修改 Service 中选择标签即可。Service修改如下：

cat blue-green-svc.yaml 
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: blue-green-svc
  namespace: blue-green-demo
spec:
  type: NodePort
  ports:
  - port: 80
    nodePort: 30010
    name: http
  selector:
    app: blue-app  # 关联蓝色系统Pod标签

执行YAML文件：

kubectl apply -f  blue-green-svc.yaml

浏览器刷新访问页面：

$链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-6vHwXIlj-1685790124574)(D:\MD归档文档\IMG\image-20230603163353356.png)]$

回滚也是一样，只需要修改Service更改代理Pod标签即可了！

五、金丝雀(灰度)部署

2、金丝雀部署介绍

金丝雀部署又称为灰度部署，它允许在生产环境中逐步推出新版本，以确保新版本的稳定性和可靠性。在金丝雀发布中，新版本应用程序只会在一小部分用户中进行测试，如果没有问题，就会逐步扩大范围，直到所有用户都在使用新版本。这种方法可以减少新版本应用程序出现问题的风险，同时也可以确保用户的体验不会受到太大影响。

$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-J76TQuiy-1685790124574)(D:\MD归档文档\IMG\image-20230603180036402.png)]$

优点：灵活、自定义策略，可以根据流量或内容进行金丝雀部署，出现问题不会影响全网用户。
缺点：没有覆盖全网用户，出现问题不好排查。

3、案例：实现金丝雀部署

首先创建Deployment资源，使用web:V1 镜像

cat deploy-demo.yaml 
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: deploy-demo
spec:
  replicas: 5
  selector:
    matchLabels:
      app: web-nginx
  template:
    metadata:
      name: nginx
      labels: 
        app: web-nginx
    spec:
      containers:
      - name: web-nginx
        image: web:v1
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        startupProbe:
          tcpSocket:
            port: 80
        livenessProbe:
          httpGet:
            port: 80
            path: "/index.html"
        readinessProbe:
          httpGet:
            port: 80
            path: "/index.html"

---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: deploy-demo-svc
spec:
  type: NodePort
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 80
    nodePort: 30011
    name: http
  selector:
    app: web-nginx

执行YAML文件：

kubectl apply -f deploy-demo.yaml

版本更新，进行金丝雀发布 版本更新为V2，更新的时候使用 pause 暂停更新

kubectl set image deployment deploy-demo web-nginx=web:v2 && kubectl rollout pause deployment deploy-demo

上面命令语法解释：

# 更新镜像为web:v2
kubectl set image deployment {deploy控制器名称} {容器名称}=web:v2

浏览器访问：刷新页面会出现不同的页面，因为只更新了一部分

如果经过测试新版本无问题，可以使用解除暂停，使其所有都更新为web:v2 版本

kubectl rollout resume deployment deploy-demo

五、总结

Deployment高级控制器建立在ReplicaSet之上，每次更新镜像版本，都会生成一个新的ReplicaSet，把旧的ReplicaSet替换掉，多个ReplicaSet同时存在，但只运行一个ReplicaSet。
Deployment扩缩容：直接修改replicas字段值，重新apply。
Deployment滚动升级：使用字spec.strategy段定义升级策略，目前支持两种升级策略：
- rollingUpdate滚动更新：批量替换更新，平滑升级，用户无感知。
- Recreate重建试更新：把Pod全部删除，在重新创建，风险很大，不建议使用。
Deployment版本回滚：使用rollout history 查看历史版本，使用rollout undo .... --to-revision=x指定回滚版本。
蓝绿发布：创建两套系统，利用修改Service关联Pod标签负载到对应系统。
金丝雀发布：只更新一小部分Pod，如果没问题，在进行全部更新，如果有问题不会影响全部用户。