kubernetes系列教程（十一）深入学习Deployment控制器-深蓝源码网

时间: 2020-09-03 00:08:26 人气: 2282 评论: 0

写在前面

前面的文章我们深入介绍了Pod的使用，包括Pod定义，Pod资源管理和服务质量，Pod健康检查，Pod存储管理，Pod调度，当Pod所在的node异常时，Pod无法自动恢复，因此Pod很少单独使用，一般以template的形式嵌套在控制器中使用，下来介绍kubernetes系列教程副本控制器Deployment，ReplicaSet，ReplicationController的使用。

1. 深入学习控制器

1.1 控制器概述

Pod是kubernetes所有运行应用或部署服务的基础，可以看作是k8s中运行的机器人，应用单独运行在Pod中不具备高级的特性，比如节点故障时Pod无法自动迁移，Pod多副本横向扩展，应用滚动升级RollingUpdate等，因此Pod一般不会单独使用，需要使用控制器来实现。

我们先看一个概念ReplicationController副本控制器，简称RC，副本控制是实现Pod高可用的基础，其通过定义副本的副本数replicas，当运行的Pod数量少于replicas时RC会自动创建Pod，当Pod数量多于replicas时RC会自动删除多余的Pod，确保当前运行的Pod和RC定义的副本数保持一致。

副本控制器包括Deployment，ReplicaSet，ReplicationController，StatefulSet等。其中常用有两个：Deployment和StatefulSet，Deployment用于无状态服务，StatefulSet用于有状态服务，ReplicaSet作为Deployment后端副本控制器，ReplicationController则是旧使用的副本控制器。

为了实现不同的功能，kubernetes中提供多种不同的控制器满足不同的业务场景，可以分为四类：

Stateless application无状态化应用，如Deployment，ReplicaSet，RC等；
Stateful application有状态化应用，需要保存数据状态，如数据库，数据库集群；
Node daemon节点支撑守护，适用于在所有或部分节点运行Daemon，如日志，监控采集；
Batch批处理任务，非长期运行服务，分为一次性运行Job和计划运行CronJob两种。

本文我们主要介绍无状态服务副本控制器的使用，包括Deployment，ReplicaSet和ReplicationController。

1.2 Deployment

Deployment是实现无状态应用副本控制器，其通过declarative申明式的方式定义Pod的副本数，Deployment的副本机制是通过ReplicaSet实现，replicas副本的管理通过在ReplicaSet中添加和删除Pod，RollingUpdate通过新建ReplicaSet，然后逐步移除和添加ReplicaSet中的Pod数量，从而实现滚动更新，使用Deployment的场景如下：

滚动升级RollingUpdate，后台通过ReplicaSet实现
多副本replicas实现，增加副本(高负载)或减少副本(低负载)
应用回滚Rollout，版本更新支持回退

1.2.1 Deployment定义

1. 我们定义一个Deployment，副本数为3，Pod以模版Template的形式封装在Deployment中，为了结合之前Pod学习内容，我们增加了resource和健康检查的定义，具体实现参考前面介绍的文章。

[root@node-1 happylau]# cat deployment-demo.yaml 
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:            #Deployment的元数据信息，包含名字，标签
  name: deployment-nginx-demo
  labels:
    app: nginx
    rc: deployment
  annotations:
    kubernetes.io/replicationcontroller: Deployment
    kubernetes.io/description: "ReplicationController Deployment Demo"
spec:
  replicas: 3          #副本数量，包含有3个Pod副本
  selector:            #标签选择器，选择管理包含指定标签的Pod
    matchLabels:
      app: nginx
      rc: deployment
  template:       #如下是Pod的模板定义，没有apiVersion，Kind属性，需包含metadata定义
    metadata:          #Pod的元数据信息，必须包含有labels
      labels:
        app: nginx
        rc: deployment 
    spec:              #spec指定容器的属性信息
      containers:
      - name: nginx-deployment
        image: nginx:1.7.9
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        ports:          #容器端口信息
        - name: http-80-port
          protocol: TCP
          containerPort: 80
        resources:      #资源管理,requests请求资源，limits限制资源
          requests:
            cpu: 100m
            memory: 128Mi
          limits:
            cpu: 200m
            memory: 256Mi
        livenessProbe:  #健康检查器livenessProbe，存活检查
          httpGet:
            path: /index.html
            port: 80
            scheme: HTTP
          initialDelaySeconds: 3
          periodSeconds: 5
          timeoutSeconds: 2
        readinessProbe:  #健康检查器readinessProbe，就绪检查
          httpGet:
            path: /index.html
            port: 80
            scheme: HTTP
          initialDelaySeconds: 3
          periodSeconds: 5
          timeoutSeconds: 2

Deployment字段说明：

deployment基本属性，包括apiVersion,Kind,metadata和spec，其中，deployment.metdata指定名称和标签内容，deployment.spec指定部署组的属性信息；
deployment属性信息包含有replicas，Selector和template，其中replicas指定副本数目，Selector指定管理的Pod标签，template为定义Pod的模板，Deployment通过模板创建Pod；
deployment.spec.template为Pod定义的模板，和Pod定义不太一样，template中不包含apiVersion和Kind属性，要求必须有metadata，deployment.spec.template.spec为容器的属性信息，其他定义内容和Pod一致。

2. 生成Deployment，创建时加一个--record参数,会在annotation中记录deployment.kubernetes.io/revision版本

[root@node-1 happylau]# kubectl apply -f deployment-demo.yaml --record
deployment.apps/deployment-nginx-demo created

3. 查看Deployment列表，运行时自动下载镜像，如下已运行了3个副本

[root@node-1 happylau]# kubectl get deployments deployment-nginx-demo 
NAME                    READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
deployment-nginx-demo   3/3     3            3           2m37s

NAME代表名称,metadata.name字段定义
READY代表Pod的健康状态，前面值是readiness，后面是liveness
UP-TO-DATE代表更新，用于滚动升级
AVAILABLE代表可用
AGE创建至今运行的时长

4. 查看Deployment的详情，可以看到Deployment通过一个deployment-nginx-demo-866bb6cf78 replicaset副本控制器控制Pod的副本数量

Deployment详情信息

5. 查看replicaset的详情信息，通过Events可查看到deployment-nginx-demo-866bb6cf78创建了三个Pod

ReplicaSet详情信息

6. 查看Pod详情，最终通过Pod定义的模版创建container，资源定义，健康检查等包含在Pod定义的模版中

Pod详情信息

通过上面的实战演练我们可得知Deployment的副本控制功能是由replicaset实现，replicaset生成Deployment中定义的replicas副本的数量，即创建多个副本，如下图所示：

Deployment创建结构示意图

1.2.2 Deployment扩容

当业务比较繁忙时可以通过增加副本数，增加副本数是通过yaml文件中的replicas控制的，当设置了replias后，Deployment控制器会自动根据当前副本数目创建所需的Pod数，这些pod会自动加入到service中实现负载均衡，相反减少副本数，这些pod会自动从service中删除。

Deployment扩容

1. 将deployment的副本数扩容至4个，可通过修改yaml文件的replicas个数或者通过scale命令扩展。

[root@node-1 ~]# kubectl scale --replicas=4 deployment deployment-nginx-demo 
deployment.extensions/deployment-nginx-demo scaled

2. 查看Deployment副本数量,已增加至4个副本

[root@node-1 ~]# kubectl get deployments
NAME                    READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
deployment-nginx-demo   4/4     4            4           77m

3. 副本的扩容是如何实现的呢？我们查看replicaset的详情信息观察，增加副本的个数是通过replicaset来扩容，通过模版复制新的Pod

Deployment扩展

4. 副本缩容

[root@node-1 ~]# kubectl scale --replicas=2 deployment deployment-nginx-demo 
deployment.extensions/deployment-nginx-demo scaled

[root@node-1 ~]# kubectl get deployments deployment-nginx-demo 
NAME                    READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
deployment-nginx-demo   2/2     2            2           7h41m

Deployment减少副本

通过上面的操作演练我们可以得知:Deployment的扩容是通过ReplicaSet的模版创建Pod或删除Pod实现，scale是手动扩展实现副本的机制，kubernetes还提供了另外一种副本自动扩容机制horizontalpodautoscalers(Horizontal Pod Autoscaling),即通过定义CPU的利用率实现自动的横向扩展，由于需要依赖于监控组件，后续我们再做介绍。

1.2.3 滚动更新

Deployment支持滚动更新，默认创建Deployment后会增加滚动更新的策略，通过逐步替代replicas中的pod实现更新无服务中断（需要结合service），如下图所示：将一个deployment副本数为3的应用更新，先更新10.0.0.6 pod，更新pod应用，替换新的ip，然后加入到service中，以此类推再继续更新其他pod，从而实现滚动更新，不影响服务的升级。

滚动更新

通过类型为：RollingUpdate，每次更新最大的数量maxSurge是replicas总数的25%,最大不可用的数量maxUnavailable为25%，如下是通过kubectl get deployments deployment-nginx-demo -o yaml查看滚动更新相关的策略。

spec:
  progressDeadlineSeconds: 600
  replicas: 3
  revisionHistoryLimit: 10
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
      rc: deployment
  strategy:  #strategy定义的是升级的策略，类型为RollingUpdate
    rollingUpdate: 
      maxSurge: 25%
      maxUnavailable: 25%
    type: RollingUpdate

1. 滚动更新是当pod.template中定义的相关属性变化，如下将镜像更新到1.9.1，通过--record会记录操作命令

[root@node-1 ~]# kubectl set image deployments deployment-nginx-demo nginx-deployment=nginx:1.9.1 --record
deployment.extensions/deployment-nginx-demo image updated

2. 查看滚动升级的状态（由于第一次nginx的镜像写错了，容器下载镜像失败，写成nignx，导致修改后有两次record）

[root@node-1 happylau]# kubectl rollout status deployment deployment-nginx-demo 
deployment "deployment-nginx-demo" successfully rolled out

查看滚动升级版本，REVSISION代表版本号：
[root@node-1 happylau]# kubectl rollout history deployment deployment-nginx-demo 
deployment.extensions/deployment-nginx-demo 
REVISION  CHANGE-CAUSE
1         <none>
2         kubectl set image deployments deployment-nginx-demo nginx-deployment=nignx:1.9.1 --record=true
3         kubectl set image deployments deployment-nginx-demo nginx-deployment=nignx:1.9.1 --record=true

3. 观察Deployment的升级过程，新创建一个RS deployment-nginx-demo-65c8c98c7b，逐渐将旧RS中的pod替换，直至旧的RS deployment-nginx-demo-866bb6cf78上的副本数为0.

滚动升级原理

4. 查看RS的列表，可以看到新的RS的副本数为2，其他RS副本数为0

[root@node-1 ~]# kubectl get replicasets 
NAME                               DESIRED   CURRENT   READY   AGE
deployment-nginx-demo-65c8c98c7b   2         2         2       21m  #新的RS，REVSION为3
deployment-nginx-demo-6cb65f58c6   0         0         0       22m  #镜像写错的RS，REVISON为2
deployment-nginx-demo-866bb6cf78   0         0         0       40m  #旧的RS，对应REVSION为1

5. 测试版本升级是否成功

[root@node-1 ~]# kubectl get pods -o wide 
NAME                                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
deployment-nginx-demo-65c8c98c7b-bzql9   1/1     Running   0          25m   10.244.1.58   node-2   <none>           <none>
deployment-nginx-demo-65c8c98c7b-vrjhp   1/1     Running   0          25m   10.244.2.72   node-3   <none>           <none>
[root@node-1 ~]# curl -I http://10.244.2.72 
HTTP/1.1 200 OK
Server: nginx/1.9.1 #镜像的版本成功更新
Date: Mon, 28 Oct 2019 15:28:49 GMT
Content-Type: text/html
Content-Length: 612
Last-Modified: Tue, 26 May 2015 15:02:09 GMT
Connection: keep-alive
ETag: "55648af1-264"
Accept-Ranges: bytes

1.2.4 版本回退

如果版本不符合预期，kubernetes提供回退的功能，和滚动更新一样，回退的功能Deployment将替换到原始的RS上，即逐步将Pod的副本替换到旧的RS上.

1. 执行回滚，回退到REVISON版本为1

[root@node-1 ~]# kubectl rollout undo deployment deployment-nginx-demo --to-revision=1
deployment.extensions/deployment-nginx-demo rolled back

2. 查看Deployment的回退状态和历史版本

[root@node-1 ~]# kubectl rollout status deployment deployment-nginx-demo 
deployment "deployment-nginx-demo" successfully rolled out

[root@node-1 ~]# kubectl rollout history deployment deployment-nginx-demo 
deployment.extensions/deployment-nginx-demo 
REVISION  CHANGE-CAUSE
2         kubectl set image deployments deployment-nginx-demo nginx-deployment=nignx:1.9.1 --record=true
3         kubectl set image deployments deployment-nginx-demo nginx-deployment=nignx:1.9.1 --record=true
4         <none>

3. 查看Deployment的详情，可以看到RS已经会退到原始的RS了

版本回退

4. 测试nginx的版本

[root@node-1 ~]# kubectl get pods -o wide 
NAME                                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP            NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
deployment-nginx-demo-866bb6cf78-9thtn   1/1     Running   0          3m42s   10.244.1.59   node-2   <none>           <none>
deployment-nginx-demo-866bb6cf78-ws2hx   1/1     Running   0          3m48s   10.244.2.73   node-3   <none>           <none>


#测试版本
[root@node-1 ~]# curl -I http://10.244.1.59 
HTTP/1.1 200 OK
Server: nginx/1.7.9 #回退到1.7.9版本
Date: Mon, 28 Oct 2019 15:36:07 GMT
Content-Type: text/html
Content-Length: 612
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