Deployment

在生产环境中，我们基本上不会直接管理 pod，我们需要 kubernetes 来帮助我们来完成一些自动化操作，例如自动扩容或者自动升级版本。可以想象在生产环境中，我们手动部署了 10 个 hellok8s:v1 的 pod，这个时候我们需要升级成 hellok8s:v2 版本，我们难道需要一个一个的将 hellok8s:v1 的 pod 手动升级吗？

这个时候就需要我们来看 kubeates 的另外一个资源 deployment，来帮助我们管理 pod。

扩容

首先可以创建一个 deployment.yaml 的文件。来管理 hellok8s pod。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: hellok8s-deployment
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: hellok8s
  template:
    metadata:
      labels:
        app: hellok8s
    spec:
      containers:
        - image: guangzhengli/hellok8s:v1
          name: hellok8s-container

其中 kind 表示我们要创建的资源是 deployment 类型， metadata.name 表示要创建的 deployment 的名字，这个名字需要是唯一的。

在 spec 里面表示，首先 replicas 表示的是部署的 pod 副本数量，selector 里面表示的是 deployment 资源和 pod 资源关联的方式，这里表示 deployment 会管理 (selector) 所有 labels=hellok8s 的 pod。

template 的内容是用来定义 pod 资源的，你会发现和作业一：Hellok8s Pod 资源的定义是差不多的，唯一的区别是我们需要加上 metadata.labels 来和上面的 selector.matchLabels 对应起来。来表明 pod 是被 deployment 管理，不用在template 里面加上 metadata.name 是因为 deployment 会主动为我们创建 pod 的唯一name。

接下来输入下面的命令，可以创建 deployment 资源。通过 get 和 delete pod 命令，我们会初步感受 deployment 的魅力。每次创建的 pod 名称都会变化，某些命令记得替换成你的 pod 的名称

kubectl apply -f deployment.yaml

kubectl get deployments
#NAME                  READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
#hellok8s-deployment   1/1     1            1           39s

kubectl get pods             
#NAME                                   READY   STATUS    RESTARTS   AGE
#hellok8s-deployment-77bffb88c5-qlxss   1/1     Running   0          119s

kubectl delete pod hellok8s-deployment-77bffb88c5-qlxss 
#pod "hellok8s-deployment-77bffb88c5-qlxss" deleted

kubectl get pods                                       
#NAME                                   READY   STATUS    RESTARTS   AGE
#hellok8s-deployment-77bffb88c5-xp8f7   1/1     Running   0          18s

我们会发现一个有趣的现象，当手动删除一个 pod 资源后，deployment 会自动创建一个新的 pod，这和我们之前手动创建 pod 资源有本质的区别！这代表着当生产环境管理着成千上万个 pod 时，我们不需要关心具体的情况，只需要维护好这份 deployment.yaml 文件的资源定义即可。

接下来我们通过自动扩容来加深这个知识点，当我们想要将 hellok8s:v1 的资源扩容到 3 个副本时，只需要将 replicas 的值设置成 3，接着重新输入 kubectl apply -f deployment.yaml 即可。如下所示：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: hellok8s-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: hellok8s
  template:
    metadata:
      labels:
        app: hellok8s
    spec:
      containers:
        - image: guangzhengli/hellok8s:v1
          name: hellok8s-container

可以在 kubectl apply 之前通过新建窗口执行 kubectl get pods --watch 命令来观察 pod 启动和删除的记录，想要减少副本数时也很简单，你可以尝试将副本数随意增大或者缩小，再通过 watch 来观察它的状态。

升级版本

我们接下来尝试将所有 v1 版本的 pod 升级到 v2 版本。首先我们需要构建一份 hellok8s:v2 的版本镜像。唯一的区别就是字符串替换成了 [v2] Hello, Kubernetes!。

package main

import (
	"io"
	"net/http"
)

func hello(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
	io.WriteString(w, "[v2] Hello, Kubernetes!")
}

func main() {
	http.HandleFunc("/", hello)
	http.ListenAndServe(":3000", nil)
}

将 hellok8s:v2 推到 DockerHub 仓库中。

docker build . -t guangzhengli/hellok8s:v2
docker push guangzhengli/hellok8s:v2

接着编写 v2 版本的 deployment 资源文件。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: hellok8s-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: hellok8s
  template:
    metadata:
      labels:
        app: hellok8s
    spec:
      containers:
        - image: guangzhengli/hellok8s:v2
          name: hellok8s-container

kubectl apply -f deployment.yaml
# deployment.apps/hellok8s-deployment configured

kubectl get pods                
# NAME                                   READY   STATUS    RESTARTS   AGE
# hellok8s-deployment-66799848c4-kpc6q   1/1     Running   0          3s
# hellok8s-deployment-66799848c4-pllj6   1/1     Running   0          3s
# hellok8s-deployment-66799848c4-r7qtg   1/1     Running   0          3s

kubectl port-forward hellok8s-deployment-66799848c4-kpc6q 3000:3000
# Forwarding from 127.0.0.1:3000 -> 3000
# Forwarding from [::1]:3000 -> 3000

# open another terminal
curl http://localhost:3000
# [v2] Hello, Kubernetes!

你也可以输入 kubectl describe pod hellok8s-deployment-66799848c4-kpc6q 来看是否是 v2 版本的镜像。

Rolling Update(滚动更新)

如果我们在生产环境上，管理着多个副本的 hellok8s:v1 版本的 pod，我们需要更新到 v2 的版本，像上面那样的部署方式是可以的，但是也会带来一个问题，就是所有的副本在同一时间更新，这会导致我们 hellok8s 服务在短时间内是不可用的，因为所有 pod 都在升级到 v2 版本的过程中，需要等待某个 pod 升级完成后才能提供服务。

这个时候我们就需要滚动更新 (rolling update)，在保证新版本 v2 的 pod 还没有 ready 之前，先不删除 v1 版本的 pod。

在 deployment 的资源定义中, spec.strategy.type 有两种选择:

RollingUpdate: 逐渐增加新版本的 pod，逐渐减少旧版本的 pod。
Recreate: 在新版本的 pod 增加前，先将所有旧版本 pod 删除。

大多数情况下我们会采用滚动更新 (RollingUpdate) 的方式，滚动更新又可以通过 maxSurge 和 maxUnavailable 字段来控制升级 pod 的速率，具体可以详细看官网定义。：

maxSurge: 最大峰值，用来指定可以创建的超出期望 Pod 个数的 Pod 数量。
maxUnavailable: 最大不可用，用来指定更新过程中不可用的 Pod 的个数上限。

我们先输入命令回滚我们的 deployment，输入 kubectl describe pod 会发现 deployment 已经把 v2 版本的 pod 回滚到 v1 的版本。

kubectl rollout undo deployment hellok8s-deployment

kubectl get pods                                    
# NAME                                   READY   STATUS    RESTARTS   AGE
# hellok8s-deployment-77bffb88c5-cvm5c   1/1     Running   0          39s
# hellok8s-deployment-77bffb88c5-lktbl   1/1     Running   0          41s
# hellok8s-deployment-77bffb88c5-nh82z   1/1     Running   0          37s

kubectl describe pod hellok8s-deployment-77bffb88c5-cvm5c
# Image: guangzhengli/hellok8s:v1

除了上面的命令，还可以用 history 来查看历史版本，--to-revision=2 来回滚到指定版本。

kubectl rollout history deployment hellok8s-deployment
kubectl rollout undo deployment/hellok8s-deployment --to-revision=2

接着设置 strategy=rollingUpdate , maxSurge=1 , maxUnavailable=1 和 replicas=3 到 deployment.yaml 文件中。这个参数配置意味着最大可能会创建 4 个 hellok8s pod (replicas + maxSurge)，最小会有 2 个 hellok8s pod 存活 (replicas - maxUnavailable)。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: hellok8s-deployment
spec:
  strategy:
     rollingUpdate:
      maxSurge: 1
      maxUnavailable: 1
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: hellok8s
  template:
    metadata:
      labels:
        app: hellok8s
    spec:
      containers:
      - image: guangzhengli/hellok8s:v2
        name: hellok8s-container

存活探针 (livenessProb)

存活探测器来确定什么时候要重启容器。例如，存活探测器可以探测到应用死锁（应用程序在运行，但是无法继续执行后面的步骤）情况。重启这种状态下的容器有助于提高应用的可用性，即使其中存在缺陷。-- LivenessProb

在生产中，有时候因为某些 bug 导致应用死锁或者线程耗尽了，最终会导致应用无法继续提供服务，这个时候如果没有手段来自动监控和处理这一问题的话，可能会导致很长一段时间无人发现。kubelet 使用存活探测器 (livenessProb) 来确定什么时候要重启容器。

接下来我们写一个 /healthz 接口来说明 livenessProb 如何使用。 /healthz 接口会在启动成功的 15s 内正常返回 200 状态码，在 15s 后，会一直返回 500 的状态码。

package main

import (
	"fmt"
	"io"
	"net/http"
	"time"
)

func hello(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
	io.WriteString(w, "[v2] Hello, Kubernetes!")
}

func main() {
	started := time.Now()
	http.HandleFunc("/healthz", func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
		duration := time.Since(started)
		if duration.Seconds() > 15 {
			w.WriteHeader(500)
			w.Write([]byte(fmt.Sprintf("error: %v", duration.Seconds())))
		} else {
			w.WriteHeader(200)
			w.Write([]byte("ok"))
		}
	})

	http.HandleFunc("/", hello)
	http.ListenAndServe(":3000", nil)
}

# Dockerfile
FROM golang:1.16-buster AS builder
RUN mkdir /src
ADD . /src
WORKDIR /src

RUN go env -w GO111MODULE=auto
RUN go build -o main .

FROM gcr.io/distroless/base-debian10

WORKDIR /

COPY --from=builder /src/main /main
EXPOSE 3000
ENTRYPOINT ["/main"]

Dockerfile 的编写和原来保持一致，我们把 tag 修改为 liveness 并推送到远程仓库。

docker build . -t guangzhengli/hellok8s:liveness
docker push guangzhengli/hellok8s:liveness

最后编写 deployment 的定义，这里使用存活探测方式是使用 HTTP GET 请求，请求的是刚才定义的 /healthz 接口，periodSeconds 字段指定了 kubelet 每隔 3 秒执行一次存活探测。 initialDelaySeconds 字段告诉 kubelet 在执行第一次探测前应该等待 3 秒。如果服务器上 /healthz 路径下的处理程序返回成功代码，则 kubelet 认为容器是健康存活的。如果处理程序返回失败代码，则 kubelet 会杀死这个容器并将其重启。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: hellok8s-deployment
spec:
  strategy:
     rollingUpdate:
      maxSurge: 1
      maxUnavailable: 1
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: hellok8s
  template:
    metadata:
      labels:
        app: hellok8s
    spec:
      containers:
        - image: guangzhengli/hellok8s:liveness
          name: hellok8s-container
          livenessProbe:
            httpGet:
              path: /healthz
              port: 3000
            initialDelaySeconds: 3
            periodSeconds: 3

通过 get 或者 describe 命令可以发现 pod 一直处于重启当中。

kubectl apply -f deployment.yaml

kubectl get pods
# NAME                                   READY   STATUS    RESTARTS     AGE
# hellok8s-deployment-5995ff9447-d5fbz   1/1     Running   4 (6s ago)   102s
# hellok8s-deployment-5995ff9447-gz2cx   1/1     Running   4 (5s ago)   101s
# hellok8s-deployment-5995ff9447-rh29x   1/1     Running   4 (6s ago)   102s

kubectl describe pod hellok8s-68f47f657c-zwn6g

# ...
# ...
# ...
# Events:
#  Type     Reason     Age                   From               Message
#  ----     ------     ----                  ----               -------
#  Normal   Scheduled  12m                   default-scheduler  Successfully assigned default/hellok8s-deployment-5995ff9447-rh29x to minikube
#  Normal   Pulled     11m (x4 over 12m)     kubelet            Container image "guangzhengli/hellok8s:liveness" already present on machine
#  Normal   Created    11m (x4 over 12m)     kubelet            Created container hellok8s-container
#  Normal   Started    11m (x4 over 12m)     kubelet            Started container hellok8s-container
#  Normal   Killing    11m (x3 over 12m)     kubelet            Container hellok8s-container failed liveness probe, will be restarted
#  Warning  Unhealthy  11m (x10 over 12m)    kubelet            Liveness probe failed: HTTP probe failed with statuscode: 500
#  Warning  BackOff    2m41s (x36 over 10m)  kubelet            Back-off restarting failed container

就绪探针 (readiness)

就绪探测器可以知道容器何时准备好接受请求流量，当一个 Pod 内的所有容器都就绪时，才能认为该 Pod 就绪。这种信号的一个用途就是控制哪个 Pod 作为 Service 的后端。若 Pod 尚未就绪，会被从 Service 的负载均衡器中剔除。-- ReadinessProb

在生产环境中，升级服务的版本是日常的需求，这时我们需要考虑一种场景，即当发布的版本存在问题，就不应该让它升级成功。kubelet 使用就绪探测器可以知道容器何时准备好接受请求流量，当一个 pod 升级后不能就绪，即不应该让流量进入该 pod，在配合 rollingUpate 的功能下，也不能允许升级版本继续下去，否则服务会出现全部升级完成，导致所有服务均不可用的情况。

这里我们把服务回滚到 hellok8s:v2 的版本，可以通过上面学习的方法进行回滚。

kubectl rollout undo deployment hellok8s-deployment --to-revision=2

这里我们将应用的 /healthz 接口直接设置成返回 500 状态码，代表该版本是一个有问题的版本。

package main

import (
	"io"
	"net/http"
)

func hello(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
	io.WriteString(w, "[v2] Hello, Kubernetes!")
}

func main() {
	http.HandleFunc("/healthz", func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
			w.WriteHeader(500)
	})

	http.HandleFunc("/", hello)
	http.ListenAndServe(":3000", nil)
}

在 build 阶段我们将 tag 设置为 bad，打包后 push 到远程仓库。

docker build . -t guangzhengli/hellok8s:bad

docker push guangzhengli/hellok8s:bad

接着编写 deployment 资源文件，Probe 有很多配置字段，可以使用这些字段精确地控制就绪检测的行为：

initialDelaySeconds：容器启动后要等待多少秒后才启动存活和就绪探测器，默认是 0 秒，最小值是 0。
periodSeconds：执行探测的时间间隔（单位是秒）。默认是 10 秒。最小值是 1。
timeoutSeconds：探测的超时后等待多少秒。默认值是 1 秒。最小值是 1。
successThreshold：探测器在失败后，被视为成功的最小连续成功数。默认值是 1。存活和启动探测的这个值必须是 1。最小值是 1。
failureThreshold：当探测失败时，Kubernetes 的重试次数。对存活探测而言，放弃就意味着重新启动容器。对就绪探测而言，放弃意味着 Pod 会被打上未就绪的标签。默认值是 3。最小值是 1。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: hellok8s-deployment
spec:
  strategy:
     rollingUpdate:
      maxSurge: 1
      maxUnavailable: 1
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: hellok8s
  template:
    metadata:
      labels:
        app: hellok8s
    spec:
      containers:
        - image: guangzhengli/hellok8s:bad
          name: hellok8s-container
          readinessProbe:
            httpGet:
              path: /healthz
              port: 3000
            initialDelaySeconds: 1
            successThreshold: 5

通过 get 命令可以发现两个 pod 一直处于还没有 Ready 的状态当中，通过 describe 命令可以看到是因为 Readiness probe failed: HTTP probe failed with statuscode: 500 的原因。又因为设置了最小不可用的服务数量为maxUnavailable=1，这样能保证剩下两个 v2 版本的 hellok8s 能继续提供服务！

kubectl apply -f deployment.yaml

kubectl get pods                
# NAME                                   READY   STATUS    RESTARTS   AGE
# hellok8s-deployment-66799848c4-8xzsz   1/1     Running   0          102s
# hellok8s-deployment-66799848c4-m9dl5   1/1     Running   0          102s
# hellok8s-deployment-9c57c7f56-rww7k    0/1     Running   0          26s
# hellok8s-deployment-9c57c7f56-xt9tw    0/1     Running   0          26s


kubectl describe pod hellok8s-deployment-9c57c7f56-rww7k
# Events:
#   Type     Reason     Age                From               Message
#   ----     ------     ----               ----               -------
#   Normal   Scheduled  74s                default-scheduler  Successfully assigned default/hellok8s-deployment-9c57c7f56-rww7k to minikube
#   Normal   Pulled     73s                kubelet            Container image "guangzhengli/hellok8s:bad" already present on machine
#   Normal   Created    73s                kubelet            Created container hellok8s-container
#   Normal   Started    73s                kubelet            Started container hellok8s-container
#   Warning  Unhealthy  0s (x10 over 72s)  kubelet            Readiness probe failed: HTTP probe failed with statuscode: 500

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