Kubernetes 理解筆記之“控制器模型” Deployment

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本文是自己在理解 Deployment 過程中的筆記，重在理解，對於細節可能並不十分詳盡，但會涉及一些實踐。

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補充：Kubernetes 中的“對象”和“控制器模式”

1、容器編排

在 Kubernetes 中，Pod 對象作爲容器的進一步組合和封裝，用來更好地描述應用，而對於這些對象的”編排“（調度、安排、管理）邏輯則是由控制器（Controller）來完成，也就是說容器編排的核心就是利用”控制器模式“來最終操作 Pod 對象，要麼就是創建、更新一些 Pod（或者其他的 API 對象、資源），要麼就是刪除一些已經存在的 Pod（或者其他的 API 對象、資源）。

2、控制器模式

核心就是”控制循環“。用代碼表示：

// 針對一種待編排的對象 X，它有一個對應的控制器：
for {
  // 實際狀態，往往來自於 Kubernetes 集羣本身
  實際狀態 := 獲取集羣中對象X的實際狀態（Actual State）
  // 期望狀態，一般來自於用戶提交的 YAML 文件
  期望狀態 := 獲取集羣中對象X的期望狀態（Desired State）
  if 實際狀態 == 期望狀態{
    什麼都不做
  } else {
    執行編排動作，將實際狀態調整爲期望狀態
  }
}

3、“一切皆對象”

Kubernetes 的控制器其實也是一種對象，設計原理就是“用一種對象管理另一種對象”。所以，既然也是 API 對象，就會有各個字段，使用也就可以 YAML 配置操作，屬性實際上都是由上半部分的控制器定義（包括期望狀態），加下半部分的被控制對象的模板組成的。
例如 Deployment ：

Deployment 理解

1、Deployment 能幹什麼？

一個承接應用部署的雲平臺必須具備的能力，首先想到的應該就是”作業副本水平擴展/收縮“和”版本升級控制“了，這點在 Kubernetes 中便是通過 Deployment 這個控制器對象實現。

2、Deployment 如何實現功能？

Deployment 實際上是一個兩層控制器，實際操作的是 ReplicaSet 對象，然後由 ReplicaSet 來操作 Pod 對象實現編排。

如圖，首先它通過 ReplicaSet 的個數來描述應用的版本，每改動一次 Pod 模板就創建一個新的 ReplicaSet；然後，它再通過 ReplicaSet 的屬性（比如 replicas 的值），來保證 Pod 的副本數量。
注：一個 ReplicaSet 對象，其實就是由副本數目的定義和一個 Pod 模板組成的。（它的定義其實是 Deployment 的一個子集），如下：

apiVersion: apps/v1
kind: ReplicaSet
metadata:
  name: nginx-set
  labels:
    app: nginx
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.7.9

Deployment 使用實例

以一個 nginx 服務器來實現水平擴展和升級操作，YAML 文件（nginx-deployment.yaml）如下：

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

1、部署及查看命令

# 部署
$ kubectl create -f nginx-deployment.yaml


# 查看 Deployment 狀態信息，看到剛開始還沒有完全部署
$ kubectl get deployments
NAME               DESIRED   CURRENT   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
nginx-deployment   3         0         0            0           1s

# 實時查看 Deployment 對象的狀態變化
$ kubectl rollout status deployment/nginx-deployment
Waiting for rollout to finish: 2 out of 3 new replicas have been updated...
deployment.apps/nginx-deployment successfully rolled out

# 查看 Deployment 狀態信息，完全部署完成
$ kubectl get deployments
NAME               DESIRED   CURRENT   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
nginx-deployment   3         3         3            3           20s

# 查看 Deployment 的 Events，瞭解流程
$ kubectl describe deployment nginx-deployment

2、將副本數從3個擴展到4個

# 擴展
$ kubectl scale deployment nginx-deployment --replicas=4
deployment.apps/nginx-deployment scaled

3、將 nginx 版本從1.7.9升級到1.9.1

第一種：修改了 Deployment 的 Pod 模板，“滾動更新”就會被自動觸發

$ kubectl edit deployment/nginx-deployment
... 
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.9.1 # 1.7.9 -> 1.9.1
        ports:
        - containerPort: 80
...
deployment.extensions/nginx-deployment edited

第二種：直接修改 nginx-deployment 所使用的的鏡像

$ kubectl set image deployment/nginx-deployment nginx=nginx:1.9.1
deployment.extensions/nginx-deployment image updated

其他：控制滾動升級的策略

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
  labels:
    app: nginx
spec:
...
  strategy:
    type: RollingUpdate
    rollingUpdate:
      maxSurge: 1
      maxUnavailable: 1

在上面這個 RollingUpdateStrategy 的配置中，maxSurge 指定的是除了 DESIRED 數量之外，在一次“滾動”中，Deployment 控制器還可以創建多少個新 Pod；而 maxUnavailable 指的是，在一次“滾動”中，Deployment 控制器可以刪除多少箇舊 Pod。

4、將 nginx 版本進行回滾

# 回滾上一個版本
$ kubectl rollout undo deployment/nginx-deployment
deployment.extensions/nginx-deployment

# 回滾到指定版本
# （1）先查看
$ kubectl rollout history deployment/nginx-deployment # --revision=2 可以查看對應版本具體的API細節
deployments "nginx-deployment"
REVISION    CHANGE-CAUSE
1           kubectl create -f nginx-deployment.yaml --record
2           kubectl edit deployment/nginx-deployment
3           kubectl set image deployment/nginx-deployment nginx=nginx:1.9.1
# （2）再選版本回滾
$ kubectl rollout undo deployment/nginx-deployment --to-revision=2
deployment.extensions/nginx-deployment

5、多次執行更新操作，但只升級一次

# 讓這個 Deployment 進入了一個“暫停”狀態
$ kubectl rollout pause deployment/nginx-deployment
deployment.extensions/nginx-deployment paused

# --- 
# 隨意使用 kubectl edit 或者 kubectl set image 指令，修改這個 Deployment 的內容了
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# 把這個 Deployment“恢復”回來，觸發“滾動更新”
$ kubectl rollout resume deploy/nginx-deployment
deployment.extensions/nginx-deployment resumed

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參考：

《深入剖析Kubernetes | 極客時間》張磊，容器編排和Kubernetes作業管理 16 17