运维锅总详解Kubernetes之Deployment

如何更好的用好Deployment？本文尝试从Deployment的使用、控制器实现原理及使用规范3方面进行阐述。希望对您有所帮助！

一、Kubernetes Deployment使用浅析

Kubernetes Deployment 是一种高级资源对象，用于声明和管理 Pod 和 ReplicaSet。它提供了声明式更新方式，确保系统中的应用程序处于期望的状态。以下是 Kubernetes Deployment 的详细使用说明。

1. 创建 Deployment

示例 YAML 文件

以下是一个简单的 Deployment 示例 YAML 文件：

代码语言：javascript复制

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.14.2
        ports:
        - containerPort: 80

这个 YAML 文件定义了一个名为 nginx-deployment 的 Deployment，对应三个副本的 Pod，每个 Pod 运行一个 Nginx 容器，监听 80 端口。

创建 Deployment

使用 kubectl 命令创建 Deployment：

代码语言：javascript复制

kubectl apply -f nginx-deployment.yaml

2. 查看 Deployment 状态

查看 Deployment 详情：

代码语言：javascript复制

kubectl get deployments
kubectl describe deployment nginx-deployment

查看 Pod 状态：

代码语言：javascript复制

kubectl get pods

3. 更新 Deployment

示例：更新镜像版本

修改 YAML 文件，将 Nginx 镜像版本更新为 1.16.0：

代码语言：javascript复制

spec:
  template:
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.16.0

应用更新：

代码语言：javascript复制

kubectl apply -f nginx-deployment.yaml

查看滚动更新状态：

代码语言：javascript复制

kubectl rollout status deployment/nginx-deployment

4. 回滚 Deployment

如果更新出现问题，可以回滚到之前的版本：

查看更新历史记录：

代码语言：javascript复制

kubectl rollout history deployment/nginx-deployment

执行回滚：

代码语言：javascript复制

kubectl rollout undo deployment/nginx-deployment

回滚到指定版本：

代码语言：javascript复制

kubectl rollout undo deployment/nginx-deployment --to-revision=2

5. 扩容和缩容 Deployment

扩容

将副本数增加到 5：

代码语言：javascript复制

kubectl scale deployment nginx-deployment --replicas=5

缩容

将副本数减少到 2：

代码语言：javascript复制

kubectl scale deployment nginx-deployment --replicas=2

6. 删除 Deployment

删除 Deployment 及其相关的 Pod：

代码语言：javascript复制

kubectl delete deployment nginx-deployment

7. 高级使用

使用策略

可以在 Deployment 中定义滚动更新策略，以控制更新时的行为：

代码语言：javascript复制

spec:
  strategy:
    type: RollingUpdate
    rollingUpdate:
      maxUnavailable: 1
      maxSurge: 1

maxUnavailable：更新过程中允许不可用的 Pod 数量或百分比。
maxSurge：更新过程中允许超出期望 Pod 数量的 Pod 数量或百分比。

设置环境变量

在 Deployment 中可以设置环境变量供容器使用：

代码语言：javascript复制

spec:
  template:
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.14.2
        env:
        - name: ENVIRONMENT
          value: "production"

持久化存储

使用持久化卷（Persistent Volume）挂载存储：

代码语言：javascript复制

spec:
  template:
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.14.2
        volumeMounts:
        - mountPath: "/usr/share/nginx/html"
          name: nginx-storage
      volumes:
      - name: nginx-storage
        persistentVolumeClaim:
          claimName: nginx-pvc

8. 完整示例

以下是一个更完整的 Deployment 示例，包含滚动更新策略、环境变量和持久化存储：

代码语言：javascript复制

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  strategy:
    type: RollingUpdate
    rollingUpdate:
      maxUnavailable: 1
      maxSurge: 1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.14.2
        ports:
        - containerPort: 80
        env:
        - name: ENVIRONMENT
          value: "production"
        volumeMounts:
        - mountPath: "/usr/share/nginx/html"
          name: nginx-storage
      volumes:
      - name: nginx-storage
        persistentVolumeClaim:
          claimName: nginx-pvc

9. 总结

Kubernetes Deployment 提供了一种声明式的方法来管理应用程序的副本，支持自动滚动更新、回滚、扩展和缩减。通过合理使用 Deployment，可以实现高可用性和可扩展的应用部署管理。

声明式配置：通过 YAML 文件定义应用的期望状态。
自动化管理：自动处理滚动更新、回滚等操作，简化运维工作。
灵活的扩展缩减：通过调整副本数轻松实现应用的扩容和缩容。

理解和掌握 Kubernetes Deployment 的使用，对于高效管理和运维容器化应用至关重要。

二、Deployment控制器

Kubernetes Deployment 控制器负责管理 Pod 和 ReplicaSet，以确保应用程序始终处于用户期望的状态。它通过声明式的方式定义所需的 Pod 副本数、Pod 模板和滚动更新策略，并自动执行相应的操作来维持这种状态。以下是 Kubernetes Deployment 控制器的实现原理和逻辑示意图。

二、Deployment 控制器的实现原理

工作流程

用户提交 Deployment 资源：
- 用户通过 YAML 文件或 kubectl 命令创建或更新 Deployment 资源。
Deployment 控制器监控 API Server：
- Deployment 控制器是一个控制器管理器的组件，持续监控 Kubernetes API Server 以获取 Deployment 资源的变更事件。
生成或更新 ReplicaSet：
- 当检测到新的 Deployment 或现有 Deployment 的变更时，控制器会根据 Deployment 规范创建或更新相应的 ReplicaSet。
- 如果是更新操作，控制器会创建一个新的 ReplicaSet 来匹配新的 Deployment 模板。
管理 Pod 的生命周期：
- ReplicaSet 控制器根据定义的副本数管理 Pod 的生命周期，确保实际运行的 Pod 数量与预期一致。
- 如果 Deployment 定义了滚动更新策略，控制器会逐步替换旧的 Pod 为新的 Pod。
状态反馈：
- Deployment 控制器持续监控 ReplicaSet 和 Pod 的状态，将当前状态更新到 Deployment 状态字段，供用户查询。

核心组件和概念

Deployment：声明式定义应用程序的期望状态，包括副本数、Pod 模板和滚动更新策略。
ReplicaSet：确保指定数量的 Pod 副本运行，并管理 Pod 的创建和删除。
Pod：最小的可部署单元，包含一个或多个容器。
Controller Manager：Kubernetes 的控制平面组件，运行各种控制器，包括 Deployment 控制器和 ReplicaSet 控制器。

逻辑示意图

以下是 Deployment 控制器的逻辑示意图：

代码语言：javascript复制

 ----------------------- 
|     User/Client       |
 ----------------------- 
           |
           v
 ----------------------- 
|  Kubernetes API Server|
 ----------------------- 
           |
           v
 ------------------------------- 
|  Deployment Controller        |
|  (in Controller Manager)      |
 ------------------------------- 
           |
           v
 ------------------------------- 
|    ReplicaSet Controller      |
 ------------------------------- 
           |
           v
 ------------------------------- 
|           ReplicaSet          |
 ------------------------------- 
           |
           v
 ------------------------------- 
|             Pod               |
 -------------------------------

详细步骤

用户提交 Deployment 资源：
- 用户通过 kubectl apply -f deployment.yaml 提交一个 Deployment 资源。
API Server 接收请求：
- API Server 接收请求并将 Deployment 资源存储到 etcd 中。
Deployment 控制器检测变更：
- Deployment 控制器监控 API Server，检测到新的或更新的 Deployment 资源。
生成或更新 ReplicaSet：
- Deployment 控制器创建或更新相应的 ReplicaSet 资源，以匹配 Deployment 规范。
ReplicaSet 控制器管理 Pod：
- ReplicaSet 控制器确保 ReplicaSet 中定义的 Pod 副本数与实际运行的数量一致。如果需要，创建或删除 Pod。
状态反馈：
- Deployment 控制器持续监控 ReplicaSet 和 Pod 的状态，将当前状态更新到 Deployment 状态字段，并提供给用户查询。

滚动更新过程

当用户更新 Deployment 资源（例如，更新镜像版本）时，Deployment 控制器会触发滚动更新过程：

创建新的 ReplicaSet：
- 根据更新后的 Pod 模板创建一个新的 ReplicaSet。
逐步替换 Pod：
- 根据滚动更新策略（如 maxUnavailable 和 maxSurge），逐步替换旧的 Pod 为新的 Pod。
更新 ReplicaSet 状态：
- 新的 ReplicaSet 增加新的 Pod 副本，旧的 ReplicaSet 减少旧的 Pod 副本。
完成更新：
- 当所有旧的 Pod 都被替换为新的 Pod 后，新的 ReplicaSet 成为活跃的 ReplicaSet，旧的 ReplicaSet 被删除或保留以便于回滚。

示例 YAML 文件

以下是一个包含滚动更新策略的 Deployment 示例：

代码语言：javascript复制

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  strategy:
    type: RollingUpdate
    rollingUpdate:
      maxUnavailable: 1
      maxSurge: 1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.14.2
        ports:
        - containerPort: 80

总结

Kubernetes Deployment 控制器通过声明式管理应用程序的副本数和版本控制，实现了自动化和高效的应用部署和更新。理解其工作原理和控制流程，有助于更好地利用 Kubernetes 进行应用的持续部署和管理。

三、Deployment使用规范

为了在生产环境中高效和可靠地使用 Deployment，以下是一些最佳实践和使用规范。

1. 声明式配置管理

使用 YAML 文件：尽量使用 YAML 文件来定义 Deployment 资源，以便于版本控制和配置管理。
版本控制：将所有 Kubernetes 资源文件纳入版本控制系统（如 Git），便于追踪和回滚配置更改。

2. 规范命名

命名规则：使用清晰、具有描述性的名称来命名 Deployment、ReplicaSet 和 Pod。遵循命名约定，如 app-name-env-deployment，例如 nginx-prod-deployment。
标签和注释：为资源添加标签和注释，便于管理和查询。例如，添加 app: nginx 和 env: production 标签。

3. 滚动更新策略

配置滚动更新策略：在 Deployment 中定义合适的滚动更新策略，以确保更新过程中的高可用性。
- maxUnavailable：定义更新过程中允许不可用的 Pod 数量或百分比。
- maxSurge：定义更新过程中允许超出期望 Pod 数量的 Pod 数量或百分比。

示例：

代码语言：javascript复制

strategy:
  type: RollingUpdate
  rollingUpdate:
    maxUnavailable: 1
    maxSurge: 1

4. 健康检查

设置探针（Probes）：在容器中配置 livenessProbe 和 readinessProbe，确保 Pod 的健康状态。
- livenessProbe：用于检测并重启失败的容器。
- readinessProbe：用于检测容器是否已准备好接受流量。

示例：

代码语言：javascript复制

readinessProbe:
  httpGet:
    path: /healthz
    port: 80
  initialDelaySeconds: 5
  periodSeconds: 10

livenessProbe:
  httpGet:
    path: /healthz
    port: 80
  initialDelaySeconds: 15
  periodSeconds: 20

5. 资源请求和限制

资源管理：为容器设置适当的 CPU 和内存请求和限制，确保资源分配合理，避免资源争用。

示例：

代码语言：javascript复制

resources:
  requests:
    memory: "64Mi"
    cpu: "250m"
  limits:
    memory: "128Mi"
    cpu: "500m"

6. 配置管理

使用 ConfigMap 和 Secret：将配置信息和敏感数据外部化，使用 ConfigMap 和 Secret 挂载到 Pod 中。

示例：

代码语言：javascript复制

envFrom:
- configMapRef:
    name: my-config
- secretRef:
    name: my-secret

7. 持久化存储

使用 PersistentVolume 和 PersistentVolumeClaim：为需要持久化存储的应用配置 PV 和 PVC。

示例：

代码语言：javascript复制

volumes:
- name: nginx-storage
  persistentVolumeClaim:
    claimName: nginx-pvc

volumeMounts:
- mountPath: "/usr/share/nginx/html"
  name: nginx-storage

8. 自动扩展

使用 Horizontal Pod Autoscaler (HPA)：配置 HPA 自动调整 Pod 副本数，根据 CPU 或其他自定义指标扩展应用。

示例：

代码语言：javascript复制

apiVersion: autoscaling/v1
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
  name: nginx-hpa
spec:
  scaleTargetRef:
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    name: nginx-deployment
  minReplicas: 1
  maxReplicas: 10
  targetCPUUtilizationPercentage: 50

9. 日志和监控

集中式日志管理：使用 Fluentd、Elasticsearch、Kibana（EFK）等工具实现集中式日志管理。
监控和报警：使用 Prometheus 和 Grafana 监控集群和应用的状态，配置告警规则。

10. 回滚策略

启用回滚：确保 Deployment 可以回滚到之前的版本，使用 kubectl rollout undo 命令快速回滚。
定期测试回滚：在预生产环境中定期测试回滚过程，确保其可靠性。

11. 安全性

使用最小权限：配置 Pod 安全策略（PodSecurityPolicy），限制 Pod 的权限。
定期更新镜像：使用最新的、安全的镜像版本，避免使用过时的、存在漏洞的镜像。
启用网络策略：使用 NetworkPolicy 限制 Pod 之间的网络通信，提高安全性。

12. 部署规范示例

一个综合了以上规范的 Deployment 示例：

代码语言：javascript复制

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
  labels:
    app: nginx
    env: production
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  strategy:
    type: RollingUpdate
    rollingUpdate:
      maxUnavailable: 1
      maxSurge: 1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.16.0
        ports:
        - containerPort: 80
        resources:
          requests:
            memory: "64Mi"
            cpu: "250m"
          limits:
            memory: "128Mi"
            cpu: "500m"
        envFrom:
        - configMapRef:
            name: nginx-config
        readinessProbe:
          httpGet:
            path: /healthz
            port: 80
          initialDelaySeconds: 5
          periodSeconds: 10
        livenessProbe:
          httpGet:
            path: /healthz
            port: 80
          initialDelaySeconds: 15
          periodSeconds: 20
        volumeMounts:
        - mountPath: "/usr/share/nginx/html"
          name: nginx-storage
      volumes:
      - name: nginx-storage
        persistentVolumeClaim:
          claimName: nginx-pvc

总结

通过遵循以上最佳实践和使用规范，可以提高 Kubernetes Deployment 的可管理性、安全性和可靠性，确保应用程序在生产环境中的稳定运行。

运维 deployment 管理配置 kubernetes

0 人点赞