Istio 太复杂？KubeSphere基于Ingress-Nginx实现灰度发布

在使用 KubeSphere 轻松实现微服务灰度发布与熔断一文中，KubeSphere 基于 Istio 对 Bookinfo 微服务示例应用实现了灰度发布。有用户表示自己的项目还没有上 Istio，要如何实现灰度发布？

在 Ingress-Nginx (0.21.0 版本) 中，引入了一个新的 Canary 功能，可用于为网关入口配置多个后端服务，还可以使用指定的 annotation 来控制多个后端服务之间的流量分配。 KubeSphere 在 2.0.2 的版本中，升级了项目网关 (Ingress Controller) 版本至 0.24.1，支持基于 Ingress-Nginx 的灰度发布。

上一篇文章已经对灰度发布的几个应用场景进行了详细介绍，本文将直接介绍和演示基于 KubeSphere 使用应用路由 (Ingress) 和项目网关 (Ingress Controller) 实现灰度发布。

说明：本文用到的示例 yaml 源文件及代码已上传至 GitHub，可 clone 至本地方便参考。

Ingress-Nginx Annotation 简介

KubeSphere 基于 Nginx Ingress Controller 实现了项目的网关，作为项目对外的流量入口和项目中各个服务的反向代理。而 Ingress-Nginx 支持配置 Ingress Annotations 来实现不同场景下的灰度发布和测试，可以满足金丝雀发布、蓝绿部署与 A/B 测试等业务场景。

Nginx Annotations 支持以下 4 种 Canary 规则：

nginx.ingress.kubernetes.io/canary-by-header：基于 Request Header 的流量切分，适用于灰度发布以及 A/B 测试。当 Request Header 设置为 always 时，请求将会被一直发送到 Canary 版本；当 Request Header 设置为 never 时，请求不会被发送到 Canary 入口；对于任何其他 Header 值，将忽略 Header，并通过优先级将请求与其他金丝雀规则进行优先级的比较。

nginx.ingress.kubernetes.io/canary-by-header-value：要匹配的 Request Header 的值，用于通知 Ingress 将请求路由到 Canary Ingress 中指定的服务。当 Request Header 设置为此值时，它将被路由到 Canary 入口。该规则允许用户自定义 Request Header 的值，必须与上一个 annotation (即：canary-by-header）一起使用。

nginx.ingress.kubernetes.io/canary-weight：基于服务权重的流量切分，适用于蓝绿部署，权重范围 0 - 100 按百分比将请求路由到 Canary Ingress 中指定的服务。权重为 0 意味着该金丝雀规则不会向 Canary 入口的服务发送任何请求。权重为 100 意味着所有请求都将被发送到 Canary 入口。

nginx.ingress.kubernetes.io/canary-by-cookie：基于 Cookie 的流量切分，适用于灰度发布与 A/B 测试。用于通知 Ingress 将请求路由到 Canary Ingress 中指定的服务的cookie。当 cookie 值设置为 always 时，它将被路由到 Canary 入口；当 cookie 值设置为 never 时，请求不会被发送到 Canary 入口；对于任何其他值，将忽略 cookie 并将请求与其他金丝雀规则进行优先级的比较。

注意：金丝雀规则按优先顺序进行如下排序：

canary-by-header - > canary-by-cookie - > canary-weight

把以上的四个 annotation 规则可以总体划分为以下两类：

基于权重的 Canary 规则

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基于用户请求的 Canary 规则

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第一步：创建项目和 Production 版本的应用

1.1. 在 KubeSphere 中创建一个企业空间 (workspace) 和项目 (namespace) ，可参考多租户管理快速入门。如下已创建了一个示例项目。

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1.2. 为了快速创建应用，在项目中创建工作负载和服务时可通过 编辑 yaml 的方式，或使用 KubeSphere 右下角的工具箱打开 web kubectl 并使用以下命令和 yaml 文件创建一个 Production 版本的应用并暴露给集群外访问。如下创建 Production 版本的 deployment 和 service。

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$ kubectl appy -f production.yaml -n ingress-demo
deployment.extensions/production created
service/production created

其中用到的 yaml 文件如下：

production.yaml

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: production
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: production
  template:
    metadata:
      labels:
        app: production
    spec:
      containers:
      - name: production
        image: mirrorgooglecontainers/echoserver:1.10
        ports:
        - containerPort: 8080
        env:
          - name: NODE_NAME
            valueFrom:
              fieldRef:
                fieldPath: spec.nodeName
          - name: POD_NAME
            valueFrom:
              fieldRef:
                fieldPath: metadata.name
          - name: POD_NAMESPACE
            valueFrom:
              fieldRef:
                fieldPath: metadata.namespace
          - name: POD_IP
            valueFrom:
              fieldRef:
                fieldPath: status.podIP

---

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: production
  labels:
    app: production
spec:
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 8080
    protocol: TCP
    name: http
  selector:
    app: production

1.3. 创建 Production 版本的应用路由 (Ingress)。

$ kubectl appy -f production.ingress -n ingress-demo
ingress.extensions/production created

其中用到的 yaml 文件如下：

production.ingress

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: production
  annotations:
    kubernetes.io/ingress.class: nginx
spec:
  rules:
  - host: kubesphere.io
    http:
      paths:
      - backend:
          serviceName: production
          servicePort: 80

第二步：访问 Production 版本的应用

2.1. 此时，在 KubeSphere UI 的企业空间 demo-workspace 下，可以看到 ingress-demo 项目下的所有资源。

Deployment

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Service

Ingress

2.2. 访问 Production 版本的应用需确保当前项目已开启了网关，在外网访问下打开网关，类型为 NodePort。

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2.3. 如下访问 Production 版本的应用。

$ curl kubesphere.io:30205

Hostname: production-6b4bb8d58d-7r889

Pod Information:
    node name:  ks-allinone
    pod name:   production-6b4bb8d58d-7r889
    pod namespace:  ingress-demo
    pod IP: 10.233.87.165

Server values:
    server_version=nginx: 1.12.2 - lua: 10010

Request Information:
    client_address=10.233.87.225
    method=GET
    real path=/
    query=
    request_version=1.1
    request_scheme=http
    request_uri=http://kubesphere.io:8080/

Request Headers:
    accept=*/*
    host=kubesphere.io:30205
    user-agent=curl/7.29.0
apiVersion: extensions/v1beta1
    x-forwarded-for=192.168.0.88
    x-forwarded-host=kubesphere.io:30205
    x-forwarded-port=80
    x-forwarded-proto=http
    x-original-uri=/
    x-real-ip=192.168.0.88
    x-request-id=9596df96e994ea05bece2ebbe689a2cc
    x-scheme=http

Request Body:
    -no body in request-

第三步：创建 Canary 版本

参考将上述 Production 版本的 production.yaml 文件，再创建一个 Canary 版本的应用，包括一个 Canary 版本的 deployment 和 service (为方便快速演示，仅需将 production.yaml 的 deployment 和 service 中的关键字 production 直接替换为 canary，实际场景中可能涉及业务代码变更)。

第四步：Ingress-Nginx Annotation 规则

基于权重 (Weight)

基于权重的流量切分的典型应用场景就是蓝绿部署，可通过将权重设置为 0 或 100 来实现。例如，可将 Green 版本设置为主要部分，并将 Blue 版本的入口配置为 Canary。最初，将权重设置为 0，因此不会将流量代理到 Blue 版本。一旦新版本测试和验证都成功后，即可将 Blue 版本的权重设置为 100，即所有流量从 Green 版本转向 Blue。

4.1. 使用以下 canary.ingress 的 yaml 文件再创建一个基于权重的 Canary 版本的应用路由 (Ingress)。

注意：要开启灰度发布机制，首先需设置 nginx.ingress.kubernetes.io/canary: "true" 启用 Canary，以下 Ingress 示例的 Canary 版本使用了基于权重进行流量切分的 annotation 规则，将分配 30% 的流量请求发送至 Canary 版本。

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: canary
  annotations:
    kubernetes.io/ingress.class: nginx
    nginx.ingress.kubernetes.io/canary: "true"
    nginx.ingress.kubernetes.io/canary-weight: "30"
spec:
  rules:
  - host: kubesphere.io
    http:
      paths:
      - backend:
          serviceName: canary
          servicePort: 80

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4.2. 访问应用的域名。

说明：应用的 Canary 版本基于权重 (30%) 进行流量切分后，访问到 Canary 版本的概率接近 30%，流量比例可能会有小范围的浮动。

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基于 Request Header

4.3. 基于 Request Header 进行流量切分的典型应用场景即灰度发布或 A/B 测试场景。参考以下截图，在 KubeSphere 给 Canary 版本的 Ingress 新增一条 annotation nginx.ingress.kubernetes.io/canary-by-header: canary (这里的 annotation 的 value 可以是任意值)，使当前的 Ingress 实现基于 Request Header 进行流量切分。

说明：金丝雀规则按优先顺序 canary-by-header - > canary-by-cookie - > canary-weight 进行如下排序，因此以下情况将忽略原有 canary-weight 的规则。

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4.4. 在请求中加入不同的 Header 值，再次访问应用的域名。

说明：

举两个例子，如开篇提到的当 Request Header 设置为 never 或 always 时，请求将不会或一直被发送到 Canary 版本；

对于任何其他 Header 值，将忽略 Header，并通过优先级将请求与其他 Canary 规则进行优先级的比较（如下第二次请求已将基于 30% 权重作为第一优先级）。

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4.5. 此时可以在上一个 annotation (即 canary-by-header）的基础上添加一条 nginx.ingress.kubernetes.io/canary-by-header-value: user-value 。用于通知 Ingress 将请求路由到 Canary Ingress 中指定的服务。

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4.6. 如下访问应用的域名，当 Request Header 满足此值时，所有请求被路由到 Canary 版本（该规则允许用户自定义 Request Header 的值）。

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基于 Cookie

4.7. 与基于 Request Header 的 annotation 用法规则类似。例如在 A/B 测试场景 下，需要让地域为北京的用户访问 Canary 版本。那么当 cookie 的 annotation 设置为 nginx.ingress.kubernetes.io/canary-by-cookie: "users_from_Beijing"，此时后台可对登录的用户请求进行检查，如果该用户访问源来自北京则设置 cookie users_from_Beijing 的值为 always，这样就可以确保北京的用户仅访问 Canary 版本。

总结

灰度发布可以保证整体系统的稳定，在初始灰度的时候就可以对新版本进行测试、发现和调整问题，以保证其影响度。本文通过多个示例演示和说明了基于 KubeSphere 使用应用路由 (Ingress) 和项目网关 (Ingress Controller) 实现灰度发布，并详细介绍了 Ingress-Nginx 的四种 Annotation，还未使用 Istio 的用户也能借助 Ingress-Nginx 轻松实现灰度发布与金丝雀发布。

参考

NGINX Ingress Controller - Annotations
canary deployment with ingress-nginx
Canary Deployments on Kubernetes without Service Mesh
KubeSphere (https://github.com/kubesphere/kubesphere) 是一个开源的以应用为中心的容器管理平台，支持部署在任何基础设施之上，并提供简单易用的 UI，极大减轻日常开发、测试、运维的复杂度，旨在解决 Kubernetes 本身存在的存储、网络、安全和易用性等痛点，帮助企业轻松应对敏捷开发与自动化监控运维、端到端应用交付、微服务治理、多租户管理、多集群管理、服务与网络管理、镜像仓库、AI 平台、边缘计算等业务场景。