Kubernetes 学习总结（24）—— Kubernetes 滚动更新蓝绿发布金丝雀发布等发布策略详解

Posted 2022-03-01 科技D人生

前言

大部分公司都已经在使用 Kubernetes 进行容器管理和编排了，但是关于 Kubernetes 的发布策略相关的概括我们很多同学还没有一个完整的认识，下面我们对 Kubernetes 的多种发布策略从整体上做一个概括的认识。Kubernetes 中常见的发布策略主要有如下六种：

重建（recreate)  ：即停止一个原有的容器，然后进行容器的新建。

滚动更新（rollingUpdate) ：停掉一个容器，然后更新一个容器。

蓝绿布署（blue/green ）：准备一套蓝色的容器和一套绿色的容器，进行流量切换。

金丝雀发布（canary) ：更新部分容器，没有问题后进行逐步替换，直到切完。

A/B测试发布：即将发布的结果面向部分用户，这块没有现成的组件，需要进行自行处理，比如使用 Istio、Linkerd、Traefik 等。这种方式采用在 Http 的 Header 上进行处理。

无损发布：现在很多发布都是将容器停掉，当没有请求的时候这个时候发布会实现无损发布。

一、重建 （reCreate) 

重建就是停掉原来的容器，然后再启动容器，这种方式对于开发环境和测试环境使用还可以，但是对于正式环境就不适用了。相当于本地的服务重启一下，这样会直接影响服务的使用。

spec:
  replicas: 2
  strategy:
    type: Recreate

这个就是同时启动 2 个服务，当我们要新发布服务的时候，需要将这两个都停掉之后才启动新服务。如下图所示：

注意：重建这种策略缺点是十分明显的，当服务停止之后再创建新的服务。服务什么时候启动，也是根据服务启动时间决定的。

二、滚动更新（rollingUpdate)

滚动更新步骤：

1. 准备一个新版本的 POD，比如新版本为 V2，旧版本为 V1。

2. 当 V2 版本的 POD 准备好后，在负载均衡中的实例池中将 V2 的版本加入。

3. 在实例池中剔除一个 V1 版本的 POD。

4. 逐个实例替换，直到每个版本都是 V2 版本。

如下图所示：

滚动更新使用的 YAML 方式如下：

spec:
  replicas: 5
  strategy:
    type: RollingUpdate
    rollingUpdate:
      maxSurge: 2        # 一次可以添加多少个Pod
      maxUnavailable: 1  # 滚动更新期间最大多少个Pod不可用

我们准备两个版本， my-app-v1.yaml 文件。

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-app
  labels:
    app: my-app
spec:
  type: NodePort
  ports:
  - name: http
    port: 80
    targetPort: http
  selector:
    app: my-app
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-app
  labels:
    app: my-app
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: my-app
  strategy:
    type: Recreate
  selector:
    matchLabels:
      app: my-app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: my-app
        version: v1.0.0
      annotations:
        prometheus.io/scrape: "true"
        prometheus.io/port: "9101"
    spec:
      containers:
      - name: my-app
        image: containersol/k8s-deployment-strategies
        ports:
        - name: http
          containerPort: 8080
        - name: probe
          containerPort: 8086
        env:
        - name: VERSION
          value: v1.0.0
        livenessProbe:
          httpGet:
            path: /live
            port: probe
          initialDelaySeconds: 5
          periodSeconds: 5
        readinessProbe:
          httpGet:
            path: /ready
            port: probe
          periodSeconds: 5

然后我们再准备一下滚动更新的 v2 版本，my-app-rolling-update.yaml 文件

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-app
  labels:
    app: my-app
spec:
  replicas: 10
  # maxUnavailable设置为0可以完全确保在滚动更新期间服务不受影响，还可以使用百分比的值来进行设置。
  strategy:
    type: RollingUpdate
    rollingUpdate:
      maxSurge: 1
      maxUnavailable: 0
  selector:
    matchLabels:
      app: my-app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: my-app
        version: v2.0.0
      annotations:
        prometheus.io/scrape: "true"
        prometheus.io/port: "9101"
    spec:
      containers:
      - name: my-app
        image: containersol/k8s-deployment-strategies
        ports:
        - name: http
          containerPort: 8080
        - name: probe
          containerPort: 8086
        env:
        - name: VERSION
          value: v2.0.0
        livenessProbe:
          httpGet:
            path: /live
            port: probe
          initialDelaySeconds: 5
          periodSeconds: 5
        readinessProbe:
          httpGet:
            path: /ready
            port: probe
          # 初始延迟设置高点可以更好地观察滚动更新过程
          initialDelaySeconds: 15
          periodSeconds: 5

接下来，我们按如下步骤进行操作：

1. 启动 my-app-v1 应用

2. 启动 my-app-rollingupdate 应用

3. 观察所有容器版本变为 V2 版本

启动 my-app-v1 应用并观察，都已经启动，我们进行接口调用。

apply -f my-app-v1.yaml
kubectl get pods -l app=my-app

NAME                      READY     STATUS    RESTARTS   AGE
my-app-847874cd75-h3d2e   1/1       Running   0          47s
my-app-847874cd75-p4l8f   1/1       Running   0          47s
my-app-847874cd75-qnt7p   1/1       Running   0          47s
$ kubectl get svc my-app
NAME      TYPE       CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
my-app    NodePort   10.109.99.184   <none>        80:30486/TCP   1m
$ curl http://127.0.0.1:30486
Host: my-app-847874cd75-qnt7p, Version: v1.0.0

在当前窗口监控容器的情况，执行命令

watch kubectl get pods -l app=my-app

打开一个新的窗口，然后执行滚动更新命令

kubectl apply -f my-app-rolling-update.yaml

在 watch 的终端观察，开始的时候并没删除旧的 pod，而是创建好新的 pod 后，然后进行挨个替，我们可以使用如下命令观察接口请求, 渐渐的有了第二个版本的请求。

$ while sleep 0.1; do curl http://127.0.0.1:30486; done


Host:my-app-847874cd75-h3d2e, Version: v1.0.0 
...... 
Host: my-app-847874cd75-h3d2e, Version: v1.0.0
Host: my-app-6b5479d97f-2fk24, Version: v2.0.0

在这个过程中，我们发现第二个版本有问题，我们需要进行回滚，此时我们需要执行一下如下命令

kubectl rollout undo deploy my-app

如果想两个版本都观察一下，这个时候需要执行命令。

kubectl rollout pause deploy my-app

如果发现第二个版本没有问题，那么我们要恢复执行

kubectl rollout resume deploy my-app

最后我们清理一下所有的部署

kubectl delete -l app=my-app

注意：滚动部署没有控制流量的情况；各个版本部署的时候需要一定的时间。

三、蓝绿部署

我们需要准备两个版本，一个蓝版本，一个绿蓝本，这两个版本同时存在，且两个版本是独立的，这个时候可以瞬间对两个版本的切换。如下图所示：

接下来，我们采用 svc 的方式，通过 label selector 来进行版本之间的选择。

selector:
  app: my-app
  version: v1.0.0

我们创建一下 app-v1-svc.yaml 文件，我们首先创建一个 svc 服务，然后通过 label selector 来指定一下版本。

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-app
  labels:
    app: my-app
spec:
  type: NodePort
  ports:
  - name: http
    port: 80
    targetPort: http
  # 注意这里我们匹配 app 和 version 标签，当要切换流量的时候，我们更新 version 标签的值，比如：v2.0.0
  selector:
    app: my-app
    version: v1.0.0
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-app-v1
  labels:
    app: my-app
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: my-app
      version: v1.0.0
  template:
    metadata:
      labels:
        app: my-app
        version: v1.0.0
      annotations:
        prometheus.io/scrape: "true"
        prometheus.io/port: "9101"
    spec:
      containers:
      - name: my-app
        image: containersol/k8s-deployment-strategies
        ports:
        - name: http
          containerPort: 8080
        - name: probe
          containerPort: 8086
        env:
        - name: VERSION
          value: v1.0.0
        livenessProbe:
          httpGet:
            path: /live
            port: probe
          initialDelaySeconds: 5
          periodSeconds: 5
        readinessProbe:
          httpGet:
            path: /ready
            port: probe
          periodSeconds: 5

接下来，我们再创建另一个版本 app-v2-svc.yaml 文件

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-app-v2
  labels:
    app: my-app
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: my-app
      version: v2.0.0
  template:
    metadata:
      labels:
        app: my-app
        version: v2.0.0
      annotations:
        prometheus.io/scrape: "true"
        prometheus.io/port: "9101"
    spec:
      containers:
      - name: my-app
        image: containersol/k8s-deployment-strategies
        ports:
        - name: http
          containerPort: 8080
        - name: probe
          containerPort: 8086
        env:
        - name: VERSION
          value: v2.0.0
        livenessProbe:
          httpGet:
            path: /live
            port: probe
          initialDelaySeconds: 5
          periodSeconds: 5
        readinessProbe:
          httpGet:
            path: /ready
            port: probe
          periodSeconds: 5

接下来，我们按如下步骤执行：

1. 启动版本 1 服务

2. 启动版本 2 服务

3. 将版本 1 服务切换到版本 2，观察服务情况

启动版本的服务并观察，没有问题。

kubectl apply -f app-v1-svc.yaml
kubectl get pods -l app=my-app
watch kubectl get pods -l app=my-app

while sleep 0.1; do curl http://127.0.0.1:31539; done
Host: my-app-v1-7b4874cd75-dmq8f, Version: v1.0.0
Host: my-app-v1-7b4874cd75-dmq8f, Version: v1.0.0

启动版本 2 的服务, 因为版本 2 没有挂到 SVC，所以没有办法观察，但是我们可以先启动。

kubectl apply -f app-v2-svc.yaml

这个时候我们进行版本的切换，通过切换标签的方式

kubctl patch service my-ap -p '"spec":"selector":"version":"v2.0.0"'

while sleep 0.1; do curl http://127.0.0.1:31539; done
Host: my-app-v2-f885c8d45-r5m6z, Version: v2.0.0
Host: my-app-v2-f885c8d45-r5m6z, Version: v2.0.0　　

同时，当发现问题的时候，我们再把版本切回到 v1.0.0 即可。

注意：蓝绿部署需要准备两套资源，相对有的时候需要的资源会多； 这种情况可以快速还原版本，不会出现滚动更新那样，回滚需要的时间会很久。

四、金丝雀部署

金丝雀部署就是将部分新版本发在旧的容器池里边，然后进行流量观察，比如 10% 的流量切到新服务上，90% 的流量还在旧服务上。如果你想用更精细粒度的话精使用 Istio。如下图所示：

我们这次还是采用 svc 的方式进行部署的选择，但是这次我们在选择的时候我们只使用 label，不使用版本号。新建 app-v1-canary.yaml, 里边有 10 个 pod 支撑这个服务。

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-app
  labels:
    app: my-app
spec:
  type: NodePort
  ports:
  - name: http
    port: 80
    targetPort: http
  selector:
    app: my-app
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-app-v1
  labels:
    app: my-app
spec:
  replicas: 10
  selector:
    matchLabels:
      app: my-app
      version: v1.0.0
  template:
    metadata:
      labels:
        app: my-app
        version: v1.0.0
      annotations:
        prometheus.io/scrape: "true"
        prometheus.io/port: "9101"
    spec:
      containers:
      - name: my-app
        image: containersol/k8s-deployment-strategies
        ports:
        - name: http
          containerPort: 8080
        - name: probe
          containerPort: 8086
        env:
        - name: VERSION
          value: v1.0.0
        livenessProbe:
          httpGet:
            path: /live
            port: probe
          initialDelaySeconds: 5
          periodSeconds: 5
        readinessProbe:
          httpGet:
            path: /ready
            port: probe
          periodSeconds: 5

接下来，我们创建 v2 版本 app-v2-canary.yaml 文件

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-app-v2
  labels:
    app: my-app
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: my-app
      version: v2.0.0
  template:
    metadata:
      labels:
        app: my-app
        version: v2.0.0
      annotations:
        prometheus.io/scrape: "true"
        prometheus.io/port: "9101"
    spec:
      containers:
      - name: my-app
        image: containersol/k8s-deployment-strategies
        ports:
        - name: http
          containerPort: 8080
        - name: probe
          containerPort: 8086
        env:
        - name: VERSION
          value: v2.0.0
        livenessProbe:
          httpGet:
            path: /live
            port: probe
          initialDelaySeconds: 5
          periodSeconds: 5
        readinessProbe:
          httpGet:
            path: /ready
            port: probe
          periodSeconds: 5

我们说一下要执行的步骤：

1. 启动 V1 的服务版本：10 个复本。

2. 启动 V2 的服务版本：1 个复本。

3. 观察 V2 流量正常的情况的话，那么启动 V2 的 10 个复本。

4. 删除 V1 的 10 个复本，流量全部到 V2 上。

启动 V1 服务，查看服务是否正确，然后观察一下服务。

kubectl apply -f app-v1-canary.yaml
kubectl get svc -l app=my-app
curl http://127.0.0.1:30760
watch kubectl get pod

新打开容器，执行命令，启动 V2 服务。 上边的 watch 将观察到新增了 1 个 pod, 此时共有 11 个 pod， 2.0.0 的版本已经上来了。

kubectl apply -f app-v2-canary.yaml

hile sleep 0.1; do curl http://127.0.0.1:30760; done
Host: my-app-v1-7b4874cd75-bhxbp, Version: v1.0.0
Host: my-app-v1-7b4874cd75-wmcqc, Version: v1.0.0
Host: my-app-v1-7b4874cd75-tsh2s, Version: v1.0.0
Host: my-app-v1-7b4874cd75-ml58j, Version: v1.0.0
Host: my-app-v1-7b4874cd75-spsdv, Version: v1.0.0
Host: my-app-v2-f885c8d45-mc2fx, Version: v2.0.0

此时我们观察版本 2 的服务是否正确，如果正确，那么我们将版本 2 扩展到 10 个副本。

kubectl scale --replicas=10 deploy my-app-v2

这个时候版本 1 和版本 2 一样了。我们再将版本 1 的 pod 给清除掉

kubectl delete deploy my-app-v1

如果没有问题可以清理所有服务

kubectl delete all -l app=my-app

注意：因为有部分版本在线上运行，我们能够对其日志进行观察和追踪、定位问题；如果有问题也能快速将新版本清理掉；如果没有问题，相比于蓝绿的话，发布较慢；对代码信心不足的情况可以采用此方法，影响范围较小。

五、A/B测试

A/B 测试这种方法一般适合于业务场景测试，比如场景 A 的情况下带来的交易额是否会增大，也就是针对不同的人展示不同的界面，然后来观察效益。这个时候我们需要在需要对流量进行按权重分发，或者是在 Header， cookie 中做文章。比如，我们可以采用 Istio 进行权限的分发。

route:
- tags:
  version: v1.0.0
  weight: 90
- tags:
  version: v2.0.0
  weight: 10

注意：这种方法可以将流量进行分发，我们需要做一个全局的链路跟踪；这种其实不属于部署范围，是流量分发的一种机制。

六、无损发布

我们经常会遇到的情况是，程序正在运行的时候，pod 突然停止了，这个时候，执行的一半的程序很可能会对数据的完整性造成影响。这个时候就需要我们精巧的设计，流量的切换，优雅的停服务。常用的解决方案：

开源的 OpenKruise v0.5.0 支持无损发布

基于 service mesh 网络服务，无损发布的方法是采用 K8S+Istio 边车模式 +envoy 实现无损发布。

阿里云也有企业级的 EDAS，支持无损发布，