kubernetes控制器之Deployment

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kubernetes控制器之Deployment
一、简介

Deployment实现了Kubernetes项目中非常重要的功能：
（1）、水平扩展
（2）、水平收缩

比如更新了Deployment的Pod模板，比如修改了镜像版本，那么Deployment就会遵循滚动更新（rolling update）的方式来升级现有的容器。这个操作依赖Kubernetes中一个非常重要的API对象：ReplicaSet（详情见3.2）。不过Deployment又在ReplicaSet之上又做了新的封装，其新特性有如下几点：
（1）、Deployment具有ReplicaSet的全部功能；
（2）、可以查看Deployment升级详细状态和事件；
（3）、当升级出现问题时，可以使用回滚操作回滚到之前的任一版本；
（4）、新增版本记录，每一次操作Deployment都会记录下来，这也是版本回滚的基础；
（5）、对每一次升级，都能进行暂停和启动；

从上面可以知道，Deployment已经具体ReplicaSet的全部功能，并且还有许多新的功能，所以推荐使用Deployment来管理Pod。

从上图可以看到Deployment、ReplicaSet、Pod它们以层层控制关系，Deployment可以拥有多个ReplicaSet，一个ReplicaSet可以拥有多个Pod。一个Deployment拥有多个ReplicaSet主要是为了支持回滚操作，每当操作Deployment的时候，就会生成一个新的ReplicaSet，然后逐步更新新的Pod，而老的ReplicaSet会逐步减少Pod直到新的ReplicaSet全部接管。这时候并不会删除老的ReplicaSet，系统会将其保存下来，以备回滚使用。

ReplicaSet还负责通过"控制器模式"，保证系统的Pod数永远等于期望数，这也是Deployment只允许restartPolicy=Always的原因：只有在容器能保证自己始终处于running状态，通过ReplicaSet调整Pod的数量才有意义。

而在此基础上，Deployment同样通过"控制器模式"，来操作ReplicaSet的个数和属性，进而实现水平扩展/收缩和滚动更新这两个动作。其中水平扩展和收缩非常容易实现，Deployment Controller只需要修改它的ReplicaSet的Pod副本数就可以了。

二、水平扩展/收缩

我们看下面一个Deployment例子：
```
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
  labels:
    app: nginx
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.7.9
        ports:
        - containerPort: 80
```
然后我们创建这个Deployment。

补充字段说明：
（1）、READY：用户期望的Pod个数；
（2）、UP-TO-DATE：当前处于最新版本的Pod个数；
（3）、AVAILABLE：当前已经可用的Pod数，也就是处于running状态并且是最新的版本；

从上我们看到Deployment和Pod都正常启动并且数量和期望的一致，现在我们使用kubectl scale来做水平扩展收缩。
（1）、扩展

（2）、收缩

当然，除了使用命令的方式来做水平扩展/收缩以外，还可以直接编辑其配置文件，使用kubectl edit命令，如下：

然后保存退出，就可以看到如下扩展已经OK了，收缩是一样的操作：

除了上面两种方法，还可以直接编辑我们原始的YAML文件，然后使用kubectl apply -f nginx-deployment.yaml来做扩展和收缩，甚至可以用kubectl patch来打补丁，其内容用JSON语法。

三、滚动更新/回滚

3.1、滚动更新

上面介绍了水平扩展和收缩，下面来介绍一下滚动更新和回滚操作。
我们还是以上面的YAML文件为例，首先，我们创建这个YAML文件，这一次我们在创建的命令上加一个--record，它的作用是记录每次我们操作所执行的命令，方便后面操作。
```
[root@master deployment]# kubectl apply -f nginx-deployment.yaml --record
deployment.apps/nginx-deployment configured
```
然后我们来查看集群状态：
```
[root@master deployment]# kubectl get deployment
NAME               READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
nginx-deployment   3/3     3            3           6h6m
```
我们可以通过kubectl rollout status 来查看Deployment对象的状态变化，如下：
```
[root@master deployment]# kubectl rollout status deployment/nginx-deployment
deployment "nginx-deployment" successfully rolled out
[root@master deployment]# 
```
我们可以查看Deployment的ReplicaSet：
```
[root@master deployment]# kubectl get rs
NAME                          DESIRED   CURRENT   READY   AGE
nginx-deployment-5754944d6c   3         3         3       54m
```
然后我们修改Pod的模板做滚动更新，修改Pod模板的方式也有很多，可以直接kubectl edit 修改配置文件，也可以修改源文件，然后使用kubectl apply -f 来使配置生效，我们这里采用kubectl edit来直接用来配置文件，这种修改保存退出就会立即生效，如下：

我们把镜像版本更新为1.8然后保存退出。然后使用kubectl rollout status来查看Deployment的变化情况：
```
[root@master ~]# kubectl rollout status deployment/nginx-deployment
Waiting for deployment "nginx-deployment" rollout to finish: 1 out of 3 new replicas have been updated...
Waiting for deployment "nginx-deployment" rollout to finish: 1 out of 3 new replicas have been updated...
Waiting for deployment "nginx-deployment" rollout to finish: 1 out of 3 new replicas have been updated...
Waiting for deployment "nginx-deployment" rollout to finish: 2 out of 3 new replicas have been updated...
Waiting for deployment "nginx-deployment" rollout to finish: 2 out of 3 new replicas have been updated...
Waiting for deployment "nginx-deployment" rollout to finish: 2 out of 3 new replicas have been updated...
Waiting for deployment "nginx-deployment" rollout to finish: 1 old replicas are pending termination...
Waiting for deployment "nginx-deployment" rollout to finish: 1 old replicas are pending termination...
deployment "nginx-deployment" successfully rolled out
```
然后我们可以看到会启动一个新的ReplicaSet，来使用这个新的Pod模板来创建新的副本，然后会从老的ReplicaSet删除老的副本，如此进行直到版本更新完成。像这样将一个集群中正在运行的多个Pod版本，交替进行升级的过程叫做滚动更新。

我们可以通过kubectl get rs查看新旧两个ReplicaSet的状态：
```
[root@master ~]# kubectl get rs
NAME                          DESIRED   CURRENT   READY   AGE
nginx-deployment-5754944d6c   0         0         0       67m
nginx-deployment-6f655f5d99   3         3         3       7h2m
```
这种滚动更新的好处是：如果在更新过程中，新版本Pod有问题，那么滚动更新就会停止，这时候运维和开发就可以介入查看其原因，由于应用本身还有两个旧版本的Pod在线，所以并不会对服务造成太大的影响；当然，这时候应在Pod中加上health check检查应用的健康状态，而不是简单的依赖容器的running状态。为了进一步保证服务的延续性，Deployment Controller还会确保在任何时间窗口内，只有指定比例的Pod处于离线状态，同时它也会确保在任何时间窗口内，只有指定比例的Pod被创建，这个比例默认是DESIRED的25%。

当然可以通过修改Deployment对象的一个字段RollingUpdateStrategy来自定义，比如：
```
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
  labels:
    app: nginx
spec:
...
  strategy:
    type: RollingUpdate
    rollingUpdate:
      maxSurge: 1
      maxUnavailable: 1
```
说明：
（1）、maxSurge：定义除了DESIRED数量之外，在一次滚动更新过程中，Deployment还可以创建多少Pod；
（2）、maxUnavailable：定义在一次滚动更新过程中，Deployment最多可以删除多少Pod；
另外，这两个配置还可以通过设置百分值来表示。
如此，我们可以得到如下关系图：

Deployment实际控制的是ReplicaSet的数目以及每个ReplicaSet的属性。而一个应用版本，对应的就是一个ReplicaSet，而这个版本应有的Pod数量，是通过ReplicaSet自己的控制器来管理。

3.2、回滚

从上面我们明白了应用版本和ReplicaSet的对应关系，下面就来介绍一下它是如何回滚的。
现在我们来更改Pod模板中的镜像版本信息，上面介绍了直接修改配置文件的方法来修改，这次用kubectl set image命令来修改。
如下，我们修改一个不存在的nginx版本，故意制造故障。
```
[root@master ~]# kubectl set image deployment/nginx-deployment nginx=nginx:1.999
deployment.extensions/nginx-deployment image updated
```
然后我们来查看ReplicaSet的状态：
```
[root@master ~]# kubectl get rs
NAME                          DESIRED   CURRENT   READY   AGE
nginx-deployment-5754944d6c   0         0         0       103m
nginx-deployment-6f655f5d99   3         3         3       7h37m
nginx-deployment-79c5b65fdb   1         1         0       41s
```
我们可以看到新创建了一个ReplicaSet，其中READY状态为0，这是因为我们这个镜像并不存在，所以就无法更新。

我们可以通过一下方法进行回滚：
（1）、直接回滚到上一个版本，我们执行kubectl rollout undo命令，如下：
```
[root@master ~]# kubectl rollout undo deployment/nginx-deployment
deployment.extensions/nginx-deployment rolled back
[root@master ~]# kubectl get rs
NAME                          DESIRED   CURRENT   READY   AGE
nginx-deployment-5754944d6c   0         0         0       106m
nginx-deployment-6f655f5d99   3         3         3       7h41m
nginx-deployment-79c5b65fdb   0         0         0       3m59s
```
这时候通过查看ReplicaSet的状态，可以看到刚新创建的ReplicaSet的Pod数收缩为0了。

（2）、我们通过查看历史版本，恢复到任意版本，我们通过kubectl rollout history命令，如下：
```
[root@master ~]# kubectl rollout history deployment/nginx-deployment
deployment.extensions/nginx-deployment 
REVISION  CHANGE-CAUSE
2         kubectl apply --filename=nginx-deployment.yaml --record=true
4         kubectl apply --filename=nginx-deployment.yaml --record=true
5         kubectl apply --filename=nginx-deployment.yaml --record=true
```
然后选择我们可以查看对应版本的详细信息：
```
kubectl rollout history deployment/nginx-deployment --revision=2
```
确定是我们需要的版本后就可以执行如下命令进行回滚操作：
```
[root@master ~]# kubectl rollout undo deployment/nginx-deployment --to-revision=2
deployment.extensions/nginx-deployment rolled back
```
这时我们可以看到ReplicaSet已经回滚到上一个版本了：
```
[root@master ~]# kubectl get rs
NAME                          DESIRED   CURRENT   READY   AGE
nginx-deployment-5754944d6c   3         3         3       115m
nginx-deployment-6f655f5d99   0         0         0       7h50m
nginx-deployment-79c5b65fdb   0         0         0       13m
```
显然，从上面整个过程，我们知道只要我们对这个Deployment做一次更新操作，就会生成一个ReplicaSet，如果更新很频繁，这显然是有点浪费资源了，Kubernetes为了处理这类需求提供了一个指令kubectl rollout pause，它会让我们对Deployment的多次操作只生成一个ReplicaSe。具体用法如下：
```
[root@master ~]# kubectl rollout pause deployment/nginx-deployment
deployment.extensions/nginx-deployment paused
```
然后可以用kubectl set image 或者kubectl edit随意修改这个Deployment的内容，等到我们修改完成后，再执行kubectl rollout resume命令来做恢复操作，比如我们修改image镜像和添加一个新的容器，然后保存退出：

然后执行恢复命令：
```
[root@master ~]# kubectl rollout resume deployment/nginx-deployment
deployment.extensions/nginx-deployment resumed
```
我们上面最了两次修改，然后我们查看ReplicaSet：
```
[root@master ~]# kubectl get rs
NAME                          DESIRED   CURRENT   READY   AGE
nginx-deployment-5754944d6c   0         0         0       132m
nginx-deployment-5b9b565595   1         1         0       11s
nginx-deployment-6f655f5d99   2         2         2       8h
```
然后我们发现只生成了一个ReplicaSet，由于我本地没有这个镜像，所以拉取镜像过程中READY状态为0。

这种办法会随着应用版本的不断增加，也会创建很多的ReplicaSet版本，所以Deployment对象还定义了一个字段revisionHistoryLimit，就是定义Kubernetes为Deployment保留的历史版本个数。
我们可以通过kubectl edit 进去查看默认保留的个数：

四、总结

从全文可知，Deployment实际是一个两层控制器：
（1）、它通过ReplicaSet的个数来描述应用版本个数；
（2）、它通过ReplicaSet的属性来保证Pod的副本数；
而且Deployment的灵活控制，很方便水平扩展/收缩还有滚动更新以及回滚操作。
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