K8s 之 Deployment 应用案例

k8s-cert

一、YAML 配置文件

我们要清楚，在 K8s 中有两种创建资源的方式：

（1）命令行方式：如 kubectl create ...

（2）配置文件方式：如 kubectl apply -f nginx.yml

命令行方式：

# 创建Seployment资源
kubectl create deployment nginx --image=nginx:1.20.0 --replicas=2

# 使用Service将Pod暴露出去
kubectl expose deployment nginx --port=8090 --target-port=80 --type=NodePort

配置文件方式：

配置文件采用的是 YAML 格式。

vim nginx.yml

apiVersion: apps/v1        # 指定deployment的api版本
kind: Deployment           # 指定创建资源的角色/类型 
metadata:                  # 指定Deployment的元数据
  name: nginx              # 创建名为nginx的Deployment
  labels:                  # 指定Deployment的标签（可自定义多个），这里的标签不需要与任何地方的标签匹配，根据实际场景随意自定义即可
    app: demo
spec:                      # Deployment的资源规格
  replicas: 2              # Deployment将创建2个Pod副本（默认为 1）
  selector:                # 匹配标签选择器，定义Deployment如何查找要管理的Pod，因此这里必须与Pod的template模板中定义的标签保持一致
    matchLabels:
      app: demo
  template:                # 指定Pod模板
    metadata:              # 指定Pod的元数据
      labels:              # 指定Pod的标签（可自定义多个）
        app: demo
    spec:                  # Pod的资源规格
      containers:          # 指定Pod运行的容器信息
      - name: nginx        # 指定Pod中运行的容器名
        image: nginx:1.20.0     # 指定Pod中运行的容器镜像与版本（不指定镜像版本号则默认为latest）
        ports:
        - containerPort: 80     # 指定容器的端口（即Nginx默认端口）

说明：对应资源的apiVersion须在kubectl api-versions中，如下图所示。

二、运行服务

kubectl apply -f nginx.yml

查看 Deployment 上线状态

kubectl get deployment

# 字段说明
# NAME：列出namespace中Deployment的名称（不指定namespace则默认为Default）
# READY：显示应用程序的可用的副本数。显示的模式是“就绪个数/期望个数”
# UP-TO-DATE：为了达到期望状态已经更新的副本数
# AVAILABLE：显示应用可供用户使用的副本数
# AGE：显示应用程序运行的总时间

查看 Deployment 创建的 ReplicaSet

kubectl get rs
kubectl get replicaset

# 字段说明
# NAME：列出namespace中ReplicaSet的名称（不指定namespace则默认为Default）
# DESIRED：表示期望状态，显示应用的期望副本个数，即在创建Deployment时所定义的值
# CURRENT：显示当前运行状态中的副本个数
# READY：显示应用中有多少副本可以为用户提供服务
# AGE：显示应用已经运行的总时间

注意：ReplicaSet 的名称始终被格式化为 [Deployment名称]-[哈希]。其中的哈希字符串与 ReplicaSet 上的 pod-template-hash 标签一致。

# 查看ReplicaSet的标签
kubectl get replicaset --show-labels

我们都知道 Pod 副本通过 ReplicaSet 管理，而 ReplicaSet 又是创建于 Deployment，那为什么不直接通过 Deployment 来直接管理，而是 ReplicaSet呢？

原因是每个控制器的标签或者选择算符不能与其他控制器（包括其他 Deployment 和 StatefulSet）重叠，那 K8s 是如何保证各控制器之间标签的唯一性呢？就是通过 ReplicaSet，因为 Pod 的 PodTemplate标签就是通过 ReplicaSet 进行哈希处理，如下图，可看到 Pod 的 PodTemplate 标签值，此标签可确保了 Deployment 的子 ReplicaSets 不发生重叠现象。

三、更新 Deployment

3.1 动态伸缩容

所谓的伸缩容就是在线增加或减少 Pod 的副本数（只须修改 replicas 的值即可，大于当前值为伸，小于当前值为缩）。

1、修改配置文件

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx
  labels:
    app: demo
spec:
  replicas: 5
  selector:
    matchLabels:
      app: demo
  template:
    metadata:
      labels:
        app: demo
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.20.0
        ports:
        - containerPort: 80

2、执行 kubectl apply

kubectl apply -f nginx.yml

3、查看 Pod 运行状态

kubectl get pod -o wide

出于安全考虑，默认情况下 K8s 不会将 Pod 调度到 master 节点，如果希望将 k8s-master 节点也作为 work 节点，可执行以下命令：

kubectl taint node k8s-master node-role.kubernetes.io/master-

再新增一个副本，此时可看到新增的这个 Pod 已经被调度到 Master 节点上了

如果要恢复为原来的 Master Only，执行以下语句即可：

kubectl taint node k8s-master node-role.kubernetes.io/master="":NoSchedule

3.2 触发上线

需要注意的是，动态伸缩容不会触发上线动作，仅当 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，才会触发 Deployment 上线，以下为一个更新镜像版本的触发上线案例。

kubectl set image deployment.v1.apps/nginx nginx=nginx:1.20.2

# 或使用下面的命令：
kubectl set image deployment/nginx nginx=nginx:1.20.2
# 或使用下面的命令：直接编辑修改镜像版本即可
kubectl edit deployment/nginx

查看上线状态：

看看 replicaset 状态：

可看到 Deployment 通过创建新的 ReplicaSet 并将其扩容到 2 个副本并将旧 ReplicaSet 缩容到 0 个副本完成了 Pod 的更新操作。

Deployment 可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%）。默认情况下，它可确保启动的 Pod 个数比期望个数最多多出 125%（最大峰值 25%）。

仔细查看下图的 Pod 变换情况，其流程是先创建一个新的 Pod，然后再删除旧的 Pod。但需要注意的是，更新时它不会立即杀死旧的 Pod，直到有足够数量的新 Pod 已经出现才会杀死旧的 Pod，因为它需要确保至少 2 个 Pod 可用，同时最多总共 3 个 Pod 可用。

也可以查看 Deployment 的详情来看到整体更新流程

kubectl describe deployments

四、故障自动转移

故障前 Pod 运行的节点（work1 节点运行1个、work2 节点运行2个节点）

模拟 k8s-work2 故障（关闭节点）

init 0    # 直接关机

等待 5 分钟后会自动在其他可用 work 节点进行创建并运行，之所以要等待5分钟，这是因为 k8s 的 Taint（污点）与 Toleration（容忍）机制所造成。Taint和Toleration相互配合，可以避免pod被分配到不合适的节点上。每个节点上都可以应用一个或多个Taint，这表示对于那些不能容忍 Taint 的 pod，是不会被该节点接受的。如果将 Toleration 应用于 pod 上，则表示这些 pod 可以（但不要求）被调度到具有匹配 Taint 的节点上。

此时可看到 work2 上原来的两个节点已经 Terminating（终止），并转移到了 work1 上。

因此，此服务中断时间=停机等待5分钟时间+重建时间+服务启动时间+readiness探针检测正常时间

疑问？那当 K8s-work2 节点恢复后，其原来的 Pod 还会被重新调度回来吗？

答案是：不会

此时我恢复 k8s-work2 节点

再看看 Pod 的分布情况

五、指定节点运行 Pod

默认情况下，Scheduler 会将 Pod 调度到所有可用的 Work 节点，不过在某些情况下我们需要将 Pod 部署到指定的 Work 节点，比如将有大量磁盘 I/O 的 Pod 部署到有 SSD 的 work 节点上来保证其 I/O。

因此，在 K8s 中可通过 label 来实现这个功能，label 是一对 key-value，各种资源都可以设置 label。具体操作如下。

1、先标记 work 节点

比如：我标记 work2 节点为配置有 SSD 的节点

kubectl label node k8s-work2 disktype=ssd

如何查看节点已设置的标签？

kubectl get node --show-labels

2、修改配置文件

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx
  labels:
    app: demo
spec:
  replicas: 4
  selector:
    matchLabels:
      app: demo
  template:
    metadata:
      labels:
        app: demo
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.20.0
        ports:
        - containerPort: 80

3、执行 kubectl apply