【GitOps系列】从零上手GitOps

news2025/2/24 18:16:25

文章目录

      • GitOps 介绍
      • 如何将业务代码构建为容器镜像？
      • 如何将容器镜像部署到K8s？
      • K8s如何实现自动扩容和自愈？
        • 1.传统的扩容和自愈
        • 2.k8s自愈机制
        • 3.k8s弹性扩容
      • 如何借助GitOps实现应用秒级自动发布和回滚？
        • 1.传统 K8s 应用发布流程
        • 2.从零搭建 GitOps 发布工作流
            • 1.安装fluxcd
            • 2.本地创建fluxcd目录并创建deploy
            • 3.为 FluxCD 创建仓库连接信息
            • 4.检查 GitRepository 对象
            • 5.为 FluxCD 创建部署策略
            • 6.体验gitops自动发布
            • 7.体验gitops自动回滚

GitOps 介绍

传送门： https://blog.csdn.net/zfw_666666/article/details/126158696

如何将业务代码构建为容器镜像？

前提：需要对Docker容器技术有一定的了解。

#业务代码示例：
root@node1:~# cat app.py 
from flask import Flask
import os
app = Flask(__name__)
app.run(debug=True)

@app.route('/')
def hello_world():
    return 'Hello, my v1 version docker images!! ' + os.getenv("HOSTNAME") + ''

一、编写dockerfile
root@node1:~# cat Dockerfile 
# syntax=docker/dockerfile:1

FROM python:3.8-slim-buster

RUN apt-get update && apt-get install -y procps vim apache2-utils && rm -rf /var/lib/apt/lists/*

WORKDIR /app

RUN pip3 install Flask==2.3.0 -i http://mirrors.aliyun.com/pypi/simple/ --trusted-host mirrors.aliyun.com

COPY app.py .

ENV FLASK_ENV=development

CMD [ "python3", "-m" , "flask", "run", "--host=0.0.0.0"]

二、构建
$ docker build -t hello-world-flask .

三、验证
$ docker run -d -p 8000:5000 hello-world-flask:latest

四、推送至个人仓库
docker image tag ...
docker push ...
docker pull ccr.ccs.tencentyun.com/app-public/hello-world-flask-amd:latest

如何将容器镜像部署到K8s？

前提：需要本地有k8s集群环境及对k8s资源对象有一定的了解。

1.编写Manifest
root@node1:~# cat flask-dp.yaml 
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  labels:
    app: hello-world-flask
  name: hello-world-flask
spec:
  ports:
  - port: 5000
    protocol: TCP
    targetPort: 5000
  selector:
    app: hello-world-flask

---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  labels:
    app: hello-world-flask
  name: hello-world-flask
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: hello-world-flask
  template:
    metadata:
      labels:
        app: hello-world-flask
    spec:
      containers:
      - image: ccr.ccs.tencentyun.com/app-public/hello-world-flask-amd:latest
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        name: hello-world-flask
        resources:
          limits:
            cpu: 100m
          requests:
            cpu: 100m

2.查看和访问 Pod
root@node1:~# kubectl get pods,svc |grep flask
pod/hello-world-flask-9d8967487-68kzq              1/1     Running     1 (2d2h ago)   2d3h
pod/hello-world-flask-9d8967487-mbwn9              1/1     Running     1 (2d2h ago)   2d3h
service/hello-world-flask    ClusterIP   10.233.47.55    <none>        5000/TCP            2d6h

root@node1:~# curl http://10.233.47.55:5000
Hello, my v1 version docker images!! hello-world-flask-9d8967487-68kzq

K8s如何实现自动扩容和自愈？

1.传统的扩容和自愈

在 VM 时代，我们的业务以进程的方式运行在虚拟机上，并由虚拟机对外提供服务。随着业务规模的扩大，我们需要支撑更多的访问流量，这时业务扩容就成了首先要考虑的问题。
在公有云环境下，VM 架构最典型的一种扩容方式是 弹性伸缩组。 意思是通过对虚拟机内存、CPU 等监控指标配置伸缩阈值，实现动态地自动伸缩。此外，我们一般还会结合虚拟机镜像、负载均衡器等云产品一并使用，如下图所示。
在这里插入图片描述
在这个架构中，负载均衡器是集群的唯一入口，它在接受访问流量后，一般会将流量通过加权轮训的方式转发到后端集群。负载均衡器一般是直接使用云厂商的产品，有一些团队也会自建高可用的 Nginx 作为集群入口。为了保证伸缩组节点的业务一致性，弹性伸缩组的所有 VM 都使用同一个虚拟机镜像。
其次，要在 VM 粒度实现业务自愈，常见的方案是使用 Crontab 定时检查业务进程或者通过守护进程的方式来运行，例如 Node PM2。
但是，这种架构有一些显而易见的缺陷。最大的问题有两个：（1）扩容慢；（2）负载均衡无法感知业务健康情况。

2.k8s自愈机制

你希望自愈解决什么问题？
我想，你可能最希望自愈能够帮我们解决服务自动重启的问题。也就是说，当业务进程意外中断，或者节点产生故障时，系统可以快速识别，自动重启并恢复服务。其次，你可能还会希望自愈能够自动转移故障，也就是让业务不健康的节点不接收流量，保证用户体验。
听起来是不是很棒，而 K8s 的自动自愈功能都可以帮你解决上面的这些问题，运维童鞋终于能摆脱 7*24 小时 Oncall 了。

【自愈演示】

现阶段，只需要知道三件事：
1. Pod 会被 Deployment 控制器管理起来，例如创建和销毁等；
2. Service 相当于弹性伸缩组的负载均衡器，它能以加权轮训的方式将流量转发到多个 Pod 副本上；
3. Ingress 相当于集群的外网访问入口。此处博主使用的是Traefik ingressroute

用svc去不断请求
root@node1:~# while true; do sleep 2; curl http://10.233.47.55:5000; echo -e '\n'$(date);done
Hello, my v1 version docker images!! hello-world-flask-9d8967487-mbwn9
Thu Jul 13 17:06:26 CST 2023
Hello, my v1 version docker images!! hello-world-flask-9d8967487-68kzq
Thu Jul 13 17:06:28 CST 2023
Hello, my v1 version docker images!! hello-world-flask-9d8967487-mbwn9
Thu Jul 13 17:06:30 CST 2023
Hello, my v1 version docker images!! hello-world-flask-9d8967487-68kzq
Thu Jul 13 17:06:32 CST 2023

root@node1:~# kubectl exec -it hello-world-flask-9d8967487-mbwn9 -- bash -c "killall python3"
模拟其中的一个 Pod 宕机，观察返回内容。会发现所有的请求流量都被转发到了没有故障的 Pod， 也就是说，故障成功地被转移了！等待几秒钟后pod重启恢复后，重新加入到了负载均衡接收外部流量。

梳理一下全过程。首先， K8s 感知到了业务 Pod 故障，立刻进行了故障转移并隔离了有故障的 Pod，并将请求转发到了其他健康的 Pod 中。随后重启了有故障的 Pod，最后将重启后的 Pod 加入到了负载均衡并开始接收外部请求。这些过程都是自动化完成的。

3.k8s弹性扩容

前提：自动扩容依赖于 K8s Metric Server 提供的监控指标，首先确保本地k8s环境中已经安装了。

一、通过 kubectl autoscale 命令来为 Deployment 创建自动扩容策略
root@node1:~# cat flask-hpa.yaml 
apiVersion: autoscaling/v1
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
  name: hello-world-flask
spec:
  maxReplicas: 10
  minReplicas: 2
  scaleTargetRef:
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    name: hello-world-flask
  targetCPUUtilizationPercentage: 10   #CPU 使用率阈值

注：
要使自动扩容生效，还需要为刚才部署的 hello-world-flask Deployment 设置资源配额，可以通过patch或者yaml中配置
root@node1:~# kubectl patch deployment hello-world-flask --type='json' -p='[{"op": "add", "path": "/spec/template/spec/containers/0/resources", "value": {"requests": {"memory": "100Mi", "cpu": "100m"}}}]'

二、模拟业务高峰期场景，使用 ab 命令来创建并发请求
root@node1:~# ab -c 10 -n 5000 http://10.233.47.55:5000/

root@node1:~# kubectl get pods |grep flask
hello-world-flask-9d8967487-68kzq              1/1     Running       1 (2d2h ago)   2d4h
hello-world-flask-9d8967487-9mkg8              1/1     Terminating   0              36s
hello-world-flask-9d8967487-dsk7m              1/1     Terminating   0              21s
hello-world-flask-9d8967487-jcnwz              1/1     Terminating   0              36s
hello-world-flask-9d8967487-mbwn9              1/1     Running       1 (2d2h ago)   2d4h
hello-world-flask-9d8967487-rj2wp              0/1     Terminating   0              6s
hello-world-flask-9d8967487-srrk6              0/1     Terminating   0              6s
hello-world-flask-9d8967487-zjrtw              1/1     Terminating   0              21s

可以通过参数 --watch 表示持续监听 Pod 状态变化。在 ab 压力测试的过程中，会不断创建新的 Pod 副本， 这说明 K8s 已经感知到了 Pod 的业务压力，并且正在自动进行横向扩容。

如何借助GitOps实现应用秒级自动发布和回滚？

1.传统 K8s 应用发布流程

  • 使用 kubectl set image 命令；
  • 修改本地的 Manifest，kubectl apply -f xx.yaml
  • 修改集群内 Manifest kubectl edit deploy xxx -n xx

2.从零搭建 GitOps 发布工作流

通俗来说，GitOps 就是以 Git 版本控制为理念的 DevOps 实践。
我们会将 Manifest 存储在 Git 仓库中作为期望状态，一旦修改并提交了 Manifest ，那么 GitOps 工作流就会 自动比对 Git 仓库和集群内工作负载的实际差异，并进行部署。

官网：https://fluxcd.io/flux/get-started/

要实现 GitOps 工作流，首先我们需要一个能够帮助我们监听 Git 仓库变化，自动部署的工具。此处以 FluxCD 为例一步步构建出一个 GitOps 工作流。

1.安装fluxcd
root@node1:~# kubectl apply -f https://ghproxy.com/https://raw.githubusercontent.com/lyzhang1999/resource/main/fluxcd/fluxcd.yaml

root@node1:~# kubectl get all -n flux-system
NAME                                               READY   STATUS    RESTARTS       AGE
pod/helm-controller-65d97f86f-hct7z                1/1     Running   4 (2d4h ago)   2d7h
pod/image-automation-controller-75cc9d6964-v9vpk   1/1     Running   3 (2d4h ago)   2d7h
pod/image-reflector-controller-6c99d4c47b-m8blb    1/1     Running   1 (2d4h ago)   2d7h
pod/kustomize-controller-6595b7976c-zqgrz          1/1     Running   1 (2d4h ago)   2d7h
pod/notification-controller-56f8f7f86b-cc786       1/1     Running   5 (2d4h ago)   2d7h
pod/source-controller-846457b955-7hzfc             1/1     Running   1 (2d4h ago)   2d7h

NAME                              TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
service/notification-controller   ClusterIP   10.233.11.156   <none>        80/TCP    2d7h
service/source-controller         ClusterIP   10.233.4.62     <none>        80/TCP    2d7h
service/webhook-receiver          ClusterIP   10.233.47.213   <none>        80/TCP    2d7h

NAME                                          READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
deployment.apps/helm-controller               1/1     1            1           2d7h
deployment.apps/image-automation-controller   1/1     1            1           2d7h
deployment.apps/image-reflector-controller    1/1     1            1           2d7h
deployment.apps/kustomize-controller          1/1     1            1           2d7h
deployment.apps/notification-controller       1/1     1            1           2d7h
deployment.apps/source-controller             1/1     1            1           2d7h

NAME                                                     DESIRED   CURRENT   READY   AGE
replicaset.apps/helm-controller-65d97f86f                1         1         1       2d7h
replicaset.apps/image-automation-controller-75cc9d6964   1         1         1       2d7h
replicaset.apps/image-reflector-controller-6c99d4c47b    1         1         1       2d7h
replicaset.apps/kustomize-controller-6595b7976c          1         1         1       2d7h
replicaset.apps/notification-controller-56f8f7f86b       1         1         1       2d7h
replicaset.apps/source-controller-846457b955             1         1         1       2d7h
2.本地创建fluxcd目录并创建deploy
$ mkdir fluxcd-demo && cd fluxcd-demo
➜ fluxcd-demo (main) ✔ cat deployment.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  labels:
    app: hello-world-flask
  name: hello-world-flask
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: hello-world-flask
  template:
    metadata:
      labels:
        app: hello-world-flask
    spec:
      containers:
      - image: ccr.ccs.tencentyun.com/app-public/hello-world-flask-amd:v1.0
        name: hello-world-flask
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        resources:
          limits:
            cpu: 100m
          requests:
            cpu: 100m

最后，在 Github 或 Gitlab 中创建 fluxcd-demo 仓库。为了方便测试，需要将仓库设置为公开权限，主分支为 Main，并将我们创建的 Manifest 推送至远端仓库：
https://github.com/Hugh-yw/fluxcd-demo
3.为 FluxCD 创建仓库连接信息
root@node1:~# cat fluxcd-repo.yaml 
apiVersion: source.toolkit.fluxcd.io/v1beta2
kind: GitRepository
metadata:
  name: hello-world-flask
spec:
  interval: 5s
  ref:
    branch: main
  url: https://github.com/Hugh-yw/fluxcd-demo

注:
要将 URL 字段修改为你实际仓库的地址并使用 HTTPS 协议，branch 字段设置 main 分支。这里的 interval 代表每 5 秒钟主动拉取一次仓库并把它作为制品存储。
4.检查 GitRepository 对象
root@node1:~# kubectl get gitrepository
NAME                URL                                      AGE    READY   STATUS
hello-world-flask   https://github.com/Hugh-yw/fluxcd-demo   2d7h   True    stored artifact for revision 'main/2c93e18e9700373a4fd29eb533ecf447b4765b57'
5.为 FluxCD 创建部署策略
root@node1:~# cat fluxcd-kustomize.yaml
apiVersion: kustomize.toolkit.fluxcd.io/v1beta2
kind: Kustomization
metadata:
  name: hello-world-flask
spec:
  interval: 5s
  path: ./
  prune: true
  sourceRef:
    kind: GitRepository
    name: hello-world-flask
  targetNamespace: default

注：
interval 参数表示 FluxCD 会每 5 秒钟运行一次工作负载差异对比；
path 参数表示 deployment.yaml 位于仓库的根目录中。
FluxCD在对比期望状态和集群实际状态的时候，如果发现差异就会触发重新部署。

资源检查：
root@node1:~# kubectl get kustomization
NAME                AGE    READY   STATUS
hello-world-flask   2d7h   True    Applied revision: main/2c93e18e9700373a4fd29eb533ecf447b4765b57
6.体验gitops自动发布
1.代码提交
$ git add -A && git commit -m "Update image tag to v1"
$ git push origin main

root@node1:~# kubectl get pods --show-labels|grep flask
hello-world-flask-7d78848d75-ht6fk                     1/1     Running       0              36s     app=hello-world-flask,pod-template-hash=7d78848d75
hello-world-flask-7d78848d75-mqgl9                     1/1     Running       0              31s     app=hello-world-flask,pod-template-hash=7d78848d75
hello-world-flask-9d8967487-68kzq                      1/1     Terminating   1 (2d4h ago)   2d6h    app=hello-world-flask,pod-template-hash=9d8967487
hello-world-flask-9d8967487-mbwn9                      1/1     Terminating   1 (2d4h ago)   2d6h    app=hello-world-flask,pod-template-hash=9d8967487

2.查看触发重新部署的事件
root@node1:~# kubectl describe kustomization hello-world-flask
Name:         hello-world-flask
Namespace:    default
Labels:       <none>
Annotations:  <none>
API Version:  kustomize.toolkit.fluxcd.io/v1beta2
Kind:         Kustomization
Metadata:
  Creation Timestamp:  2023-07-11T04:07:02Z
  Finalizers:
    finalizers.fluxcd.io
  Generation:  1
  Managed Fields:
    API Version:  kustomize.toolkit.fluxcd.io/v1beta2
    Fields Type:  FieldsV1
    fieldsV1:
      f:metadata:
        f:finalizers:
          .:
          v:"finalizers.fluxcd.io":
    Manager:      gotk-kustomize-controller
    Operation:    Update
    Time:         2023-07-11T04:07:02Z
    API Version:  kustomize.toolkit.fluxcd.io/v1beta2
    Fields Type:  FieldsV1
    fieldsV1:
      f:status:
        f:conditions:
        f:inventory:
          .:
          f:entries:
        f:lastAppliedRevision:
        f:lastAttemptedRevision:
        f:observedGeneration:
    Manager:      gotk-kustomize-controller
    Operation:    Update
    Subresource:  status
    Time:         2023-07-11T04:07:02Z
    API Version:  kustomize.toolkit.fluxcd.io/v1beta2
    Fields Type:  FieldsV1
    fieldsV1:
      f:spec:
        .:
        f:force:
        f:interval:
        f:path:
        f:prune:
        f:sourceRef:
          .:
          f:kind:
          f:name:
        f:targetNamespace:
    Manager:         kubectl-create
    Operation:       Update
    Time:            2023-07-11T04:07:02Z
  Resource Version:  40288002
  UID:               d4c061f3-fd9a-4c2f-8791-1b71e739bc51
Spec:
  Force:     false
  Interval:  5s
  Path:      ./
  Prune:     true
  Source Ref:
    Kind:            GitRepository
    Name:            hello-world-flask
  Target Namespace:  default
Status:
  Conditions:
    Last Transition Time:  2023-07-13T11:34:17Z
    Message:               Applied revision: main/2f35a6700aa47aa6872b595dc75acc9dea4a6f04
    Reason:                ReconciliationSucceeded
    Status:                True
    Type:                  Ready
  Inventory:
    Entries:
      Id:                   default_hello-world-flask_apps_Deployment
      V:                    v1
  Last Applied Revision:    main/2f35a6700aa47aa6872b595dc75acc9dea4a6f04   #最新commitid
  Last Attempted Revision:  main/2f35a6700aa47aa6872b595dc75acc9dea4a6f04
  Observed Generation:      1
Events:
  Type    Reason                   Age                     From                  Message
  ----    ------                   ----                    ----                  -------
  Normal  ReconciliationSucceeded  45s (x37589 over 2d4h)  kustomize-controller  (combined from similar events): Reconciliation finished in 53.523094ms, next run in 5s

3.验证是否已更新
root@node1:~# curl http://10.233.47.55:5000
Hello, my first docker images! hello-world-flask-7d78848d75-mqgl9

通过上面的配置，我们让 FluxCD 自动完成了监听修改、比较和重新部署三个过程。

7.体验gitops自动回滚
要回滚 fluxcd-demo 仓库，首先需要找到上一次的提交记录。我们可以使用 git log 来查看它：
commit 2f35a6700aa47aa6872b595dc75acc9dea4a6f04 (HEAD -> main, origin/main)
Author: ywcheng 
Date:   Thu Jul 13 19:33:56 2023 +0800

    Update image tag to latest

commit 2c93e18e9700373a4fd29eb533ecf447b4765b57
Author: ywcheng 
Date:   Tue Jul 11 12:54:31 2023 +0800

    Update image tag to v1.0
--------------------------------------------------------------------
➜ fluxcd-demo (main) ✔ git reset --hard 2c93e18e9700373a4fd29eb533ecf447b4765b57
HEAD is now at 2c93e18 Update image tag to v1.0
➜ fluxcd-demo (main) ✔ git push origin main -f
Total 0 (delta 0), reused 0 (delta 0), pack-reused 0
To github.com:Hugh-yw/fluxcd-demo.git
 + 2f35a67...2c93e18 main -> main (forced update)

再次查看触发器的events：
root@node1:~# kubectl describe kustomization hello-world-flask
......
  Inventory:
    Entries:
      Id:                   default_hello-world-flask_apps_Deployment
      V:                    v1
  Last Applied Revision:    main/2c93e18e9700373a4fd29eb533ecf447b4765b57
  Last Attempted Revision:  main/2c93e18e9700373a4fd29eb533ecf447b4765b57
  Observed Generation:      1
Events:
  Type    Reason                   Age                       From                  Message
  ----    ------                   ----                      ----                  -------
  Normal  ReconciliationSucceeded  3m43s (x37649 over 2d4h)  kustomize-controller  (combined from similar events): Reconciliation finished in 40.521018ms, next run in 5s

root@node1:~# curl http://10.233.47.55:5000
Hello, my v1 version docker images!! hello-world-flask-9d8967487-7j5n8

到这里，我们就成功体验了GitOps 工作流基础环节的发布和回滚实现（小部分）。

参考资料：https://time.geekbang.org/column/intro/100312001?tab=catalog

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