今天,主要了解一下Kubernetes里有代表性的控制器模式的完整实现:Deployment。
Deployment看似简单,实际上,它实现了Kubernetes项目中一个非常重要的功能:Pod的“水平扩缩”(horizontal scaling out/in)。这个功能,是从PaaS时代开始,一个平台级项目就必须具备的编排能力。
如果你更新了Deployment的Pod模板(比如,修改了容器的镜像),那么Deployment就需要遵循一种叫作“滚动更新”(rolling update)的方式,来升级现有的容器。
这个能力的实现,依赖的是Kubernetes项目中的一个非常重要的概念(API对象):ReplicaSet。
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
从这个YAML文件中,我们可以看到,一个ReplicaSet对象,其实就是由副本数目的定义和一个Pod模板组成的。不难发现,它的定义其实是Deployment的一个子集。
更重要的是,Deployment控制器实际操纵的,正是这样的ReplicaSet对象,而不是Pod对象。 同时,对于一个Deployment所管理的Pod,它的ownerReference并不是Deployment,而是ReplicaSet。
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
以上正是常用的nginx-deployment。
在具体的实现上,对比Deployment,与ReplicaSet,以及Pod的关系:
从上图可以看到,一个定义了replicas=3的Deployment,与它的ReplicaSet,以及Pod的关系,实际上是一种“层层控制”的关系。其中,ReplicaSet负责通过“控制器模式”,保证系统中Pod的个数永远等于指定的个数(比如,3个)。这也正是Deployment只允许容器的restartPolicy=Always的主要原因:只有在容器能保证自己始终是Running状态的前提下,ReplicaSet调整Pod的个数才有意义。
在此基础上,Deployment同样通过“控制器模式”,操作ReplicaSet的个数和属性,进而实现“水平扩缩”和“滚动更新”这两个编排动作。其中,“水平扩缩”容易实现,Deployment Controller只需要修改它所控制的ReplicaSet的Pod副本个数就可以了。比如,把这个值从3改成4,那么Deployment所对应的ReplicaSet,就会根据修改后的值自动创建一个新的Pod。这就是“水平扩展”了;“水平收缩”则反之。操作的指令也非常简单:
$ kubectl scale deployment nginx-deployment --replicas=4
deployment.apps/nginx-deployment scaled
下面介绍Deployment如何实现滚动更新。
先创建这个nginx-deployment:
$ kubectl create -f nginx-deployment.yaml --record
这里的record参数,用于记录下每次操作所执行的命令,方便后面查看。
立即检查一下nginx-deployment创建后的状态信息:
$ kubectl get deployments
NAME DESIRED CURRENT UP-TO-DATE AVAILABLE AGE
nginx-deployment 3 0 0 0 1s
打印中有四个状态字段,它们的含义如下:
我们可以通过命令kubectl rollout status实时查看Deployment对象的状态变化:
$ 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
再等待一会儿,可以看到这个Deployment的3个Pod,就进入到了AVAILABLE状态:
NAME DESIRED CURRENT UP-TO-DATE AVAILABLE AGE
nginx-deployment 3 3 3 3 20s
查看一下这个Deployment所控制的ReplicaSet:
$ kubectl get rs
NAME DESIRED CURRENT READY AGE
nginx-deployment-3167673210 3 3 3 20s
以上过程总结如下:
这个时候,如果我们修改了Deployment的Pod模板,“滚动更新”就会被自动触发。修改Deployment有很多方法。比如,我可以直接使用kubectl edit指令编辑Etcd里的API对象:
$ 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
kubectl edit指令,会帮你直接打开nginx-deployment的API对象。然后,你就可以修改这里的Pod模板部分了。比如,在这里,我将nginx镜像的版本升级到了1.9.1。
kubectl edit指令编辑完成后,保存退出,Kubernetes就会立刻触发“滚动更新”的过程。你还可以通过kubectl rollout status指令查看nginx-deployment的状态变化:
$ kubectl rollout status deployment/nginx-deployment
Waiting for rollout to finish: 2 out of 3 new replicas have been updated...
deployment.extensions/nginx-deployment successfully rolled out
通过查看Deployment的Events,看到这个“滚动更新”的流程:
$ kubectl describe deployment nginx-deployment
...
Events:
Type Reason Age From Message
---- ------ ---- ---- -------
...
Normal ScalingReplicaSet 24s deployment-controller Scaled up replica set nginx-deployment-1764197365 to 1
Normal ScalingReplicaSet 22s deployment-controller Scaled down replica set nginx-deployment-3167673210 to 2
Normal ScalingReplicaSet 22s deployment-controller Scaled up replica set nginx-deployment-1764197365 to 2
Normal ScalingReplicaSet 19s deployment-controller Scaled down replica set nginx-deployment-3167673210 to 1
Normal ScalingReplicaSet 19s deployment-controller Scaled up replica set nginx-deployment-1764197365 to 3
Normal ScalingReplicaSet 14s deployment-controller Scaled down replica set nginx-deployment-3167673210 to 0
可以看到:
像这样,将一个集群中正在运行的多个Pod版本,交替地逐一升级的过程,就是“滚动更新”。
在“滚动更新”过程完成之后,查看一下新、旧两个ReplicaSet的最终状态:
$ kubectl get rs
NAME DESIRED CURRENT READY AGE
nginx-deployment-1764197365 3 3 3 6s
nginx-deployment-3167673210 0 0 0 30s
“滚动更新”机制带来的好处:
控制器在“滚动更新”的过程中永远都会确保至少有xxx个Pod处于可用状态,至多只有xxx个Pod同时存在于集群中。这个策略,是Deployment对象的一个字段,名叫RollingUpdateStrategy,如下所示:
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: nginx-deployment
labels:
app: nginx
spec:
...
strategy:
type: RollingUpdate
rollingUpdate:
maxSurge: 1
maxUnavailable: 1
maxSurge指定的是除了DESIRED数量之外,在一次“滚动”中,Deployment控制器还可以创建多少个新Pod;而maxUnavailable指的是,在一次“滚动”中,Deployment控制器可以删除多少个旧Pod。
再来看Deployment、ReplicaSet和Pod的关系图:
如上所示,Deployment的控制器,实际上控制的是ReplicaSet的数目,以及每个ReplicaSet的属性。而一个应用的版本,对应的正是一个ReplicaSet;这个版本应用的Pod数量,则由ReplicaSet通过它自己的控制器(ReplicaSet Controller)来保证。通过这样的多个ReplicaSet对象,Kubernetes项目就实现了对多个“应用版本”的描述。
基于“应用版本和ReplicaSet一一对应”的设计思想,进一步就能理解Deployment对应用进行版本控制的具体原理了。
(待补充)
此文章为3月Day17学习笔记,内容来源于极客时间《深入剖析Kubernetes》