K8s控制器Deployment详解

回顾 ReplicaSet 控制器,该控制器是用来维护集群中运行的 Pod 数量的，但是往往在实际操作的时候，我们反而不会去直接使用 RS，而是会使用更上层的控制器，比如说 Deployment。

Deployment 一个非常重要的功能就是实现了 Pod 的滚动更新，比如我们应用更新了，我们只需要更新我们的容器镜像，然后修改 Deployment 里面的 Pod 模板镜像，那么 Deployment 就会用滚动更新（Rolling Update）的方式来升级现在的 Pod，这个能力是非常重要的，因为对于线上的服务我们需要做到不中断服务，所以滚动更新就成了必须的一个功能。而 Deployment 这个能力的实现，依赖的就是ReplicaSet 这个资源对象。

线上应用建议使用 kubectl rollout restart 进行平滑重启，避免 kubectl delete pod 造成短暂不可用。
回滚时，先用 kubectl rollout history 确认可用版本，然后执行 kubectl rollout undo。
更新过程中，可使用 kubectl rollout pause 和 resume 进行分阶段部署。

Deployment 资源对象的格式和 ReplicaSet 几乎一致，如下资源对象就是一个常见的 Deployment 资源类型。
创建下这个资源对象，查看 Pod 状态：

$ kubectl apply -f - << EOF
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment  
metadata:
  name:  nginx-deploy
  namespace: default
spec:
  replicas: 3  # 期望的 Pod 副本数量，默认值为1
  selector:  # Label Selector，必须匹配 Pod 模板中的标签
    matchLabels:
      app: nginx
  template:  # Pod 模板
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx
        ports:
        - containerPort: 80
EOF

$ kubectl get deployment
NAME           READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
nginx-deploy   3/3     3            3           58s

$ kubectl get pods -l app=nginx
NAME                            READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-deploy-85ff79dd56-7r76h   1/1     Running   0          41s
nginx-deploy-85ff79dd56-d5gjs   1/1     Running   0          41s
nginx-deploy-85ff79dd56-txc4h   1/1     Running   0          41s

到这里我们发现和之前的 RS 对象是否没有什么两样，都是根据spec.replicas来维持的副本数量，我们随意查看一个 Pod 的描述信息：

$ kubectl describe pod nginx-deploy-85ff79dd56-txc4h | grep Controlled 
Controlled By:      ReplicaSet/nginx-deploy-85ff79dd56

我们仔细查看其中有这样一个信息Controlled By: ReplicaSet/nginx-deploy-85ff79dd56，什么意思？是不是表示当前我们这个 Pod 的控制器是一个 ReplicaSet 对象啊，我们不是创建的一个 Deployment 吗？为什么 Pod 会被 RS 所控制呢？那我们再去看下这个对应的 RS 对象的详细信息如何呢：

$ kubectl describe rs nginx-deploy-85ff79dd56
Name:           nginx-deploy-85ff79dd56
Namespace:      default
Selector:       app=nginx,pod-template-hash=85ff79dd56
Labels:         app=nginx
                pod-template-hash=85ff79dd56
Annotations:    deployment.kubernetes.io/desired-replicas: 3
                deployment.kubernetes.io/max-replicas: 4
                deployment.kubernetes.io/revision: 1
Controlled By:  Deployment/nginx-deploy
Replicas:       3 current / 3 desired
Pods Status:    3 Running / 0 Waiting / 0 Succeeded / 0 Failed
......
Events:
  Type    Reason            Age    From                   Message
  ----    ------            ----   ----                   -------
  Normal  SuccessfulCreate  4m52s  replicaset-controller  Created pod: nginx-deploy-85ff79dd56-7r76h
  Normal  SuccessfulCreate  4m52s  replicaset-controller  Created pod: nginx-deploy-85ff79dd56-d5gjs
  Normal  SuccessfulCreate  4m52s  replicaset-controller  Created pod: nginx-deploy-85ff79dd56-txc4h

其中有这样的一个信息：Controlled By: Deployment/nginx-deploy，明白了吧？意思就是我们的 Pod 依赖的控制器 RS 实际上被我们的 Deployment 控制着呢，我们可以用下图来说明 Pod、ReplicaSet、Deployment 三者之间的关系：
在这里插入图片描述
通过上图我们可以很清楚的看到，定义了3个副本的 Deployment 与 ReplicaSet 和 Pod 的关系，就是一层一层进行控制的。ReplicaSet 作用和之前一样还是来保证 Pod 的个数始终保存指定的数量，所以 Deployment 中的容器 restartPolicy只能是Always 就是这个原因，因为容器必须始终保证自己处于 Running 状态，ReplicaSet 才可以去明确调整 Pod 的个数。而 Deployment 是通过管理 ReplicaSet 的数量和属性来实现水平扩展/收缩以及滚动更新两个功能的。

水平伸缩

水平扩展/收缩的功能比较简单，因为 ReplicaSet 就可以实现，所以 Deployment 控制器只需要去修改它缩控制的 ReplicaSet 的 Pod 副本数量就可以了。比如现在我们把 Pod 的副本调整到 4 个，那么 Deployment 所对应的 ReplicaSet 就会自动创建一个新的 Pod 出来，这样就水平扩展了，我们可以使用一个新的命令 kubectl scale 命令来完成这个操作：

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

扩展完成后可以查看当前的 RS 对象：

$ kubectl get rs
NAME                      DESIRED   CURRENT   READY   AGE
nginx-deploy-85ff79dd56   4         4         3       40m

可以看到期望的 Pod 数量已经变成 4 了，只是 Pod 还没准备完成，所以 READY 状态数量还是 3，同样查看 RS 的详细信息：

$ kubectl describe rs nginx-deploy-85ff79dd56
Name:           nginx-deploy-85ff79dd56
Namespace:      default
Selector:       app=nginx,pod-template-hash=85ff79dd56
......
Events:
  Type    Reason            Age   From                   Message
  ----    ------            ----  ----                   -------
  Normal  SuccessfulCreate  40m   replicaset-controller  Created pod: nginx-deploy-85ff79dd56-7r76h
  Normal  SuccessfulCreate  40m   replicaset-controller  Created pod: nginx-deploy-85ff79dd56-d5gjs
  Normal  SuccessfulCreate  40m   replicaset-controller  Created pod: nginx-deploy-85ff79dd56-txc4h
  Normal  SuccessfulCreate  17s   replicaset-controller  Created pod: nginx-deploy-85ff79dd56-tph9g

可以看到 ReplicaSet 控制器增加了一个新的 Pod，同样的 Deployment 资源对象的事件中也可以看到完成了扩容的操作：

$ kubectl describe deploy nginx-deploy
Name:                   nginx-deploy
Namespace:              default
......
OldReplicaSets:  <none>
NewReplicaSet:   nginx-deploy-85ff79dd56 (4/4 replicas created)
Events:
  Type    Reason             Age    From                   Message
  ----    ------             ----   ----                   -------
  Normal  ScalingReplicaSet  43m    deployment-controller  Scaled up replica set nginx-deploy-85ff79dd56 to 3
  Normal  ScalingReplicaSet  3m16s  deployment-controller  Scaled up replica set nginx-deploy-85ff79dd56 to 4

滚动更新

如果只是水平扩展/收缩这两个功能，就完全没必要设计 Deployment 这个资源对象了，Deployment 最突出的一个功能是支持滚动更新，比如现在我们需要把应用容器更改为 nginx:1.7.9 版本，修改后的资源清单文件如下所示：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment  
metadata:
  name:  nginx-deploy
  namespace: default
spec:
  replicas: 3  
  selector:  
    matchLabels:
      app: nginx
  minReadySeconds: 5
  strategy:  
    type: RollingUpdate  # 指定更新策略：RollingUpdate和Recreate
    rollingUpdate:
      maxSurge: 1
      maxUnavailable: 1
  template:  
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.7.9
        ports:
        - containerPort: 80

后前面相比较，除了更改了镜像之外，我们还指定了更新策略：

minReadySeconds: 5
strategy:
  type: RollingUpdate
  rollingUpdate:
    maxSurge: 1
    maxUnavailable: 1

minReadySeconds：表示 Kubernetes 在等待设置的时间后才进行升级，如果没有设置该值，Kubernetes 会假设该容器启动起来后就提供服务了，如果没有设置该值，在某些极端情况下可能会造成服务不正常运行，默认值就是0。
type=RollingUpdate：表示设置更新策略为滚动更新，可以设置为Recreate和RollingUpdate两个值，Recreate表示全部重新创建，默认值就是RollingUpdate。
maxSurge：表示升级过程中最多可以比原先设置多出的 Pod 数量，例如：maxSurage=1，replicas=5，就表示Kubernetes 会先启动一个新的 Pod，然后才删掉一个旧的 Pod，整个升级过程中最多会有5+1个 Pod。
maxUnavaible：表示升级过程中最多有多少个 Pod 处于无法提供服务的状态，例如：maxUnavaible=1，则表示 Kubernetes 整个升级过程中最多会有1个 Pod 处于无法服务的状态。

✅ maxSurge 和 maxUnavailable 不能同时为 0，否则 Deployment 无法完成滚动更新。
• 至少有一个大于 0，否则 Pod 无法被替换。
• 推荐 maxSurge: 25%、maxUnavailable: 25%，兼顾可用性和更新速度。
• maxSurge: 1, maxUnavailable: 0 适用于高可用业务，确保无中断更新。
• maxSurge: 0, maxUnavailable: 1 适用于资源受限场景，节省资源但更新更慢。

现在我们来直接更新上面的 Deployment 资源对象：

$ kubectl apply -f nginx-deploy.yaml

更新后，我们可以执行下面的 kubectl rollout status 命令来查看我们此次滚动更新的状态：

$ kubectl rollout status deployment/nginx-deploy
Waiting for deployment "nginx-deploy" rollout to finish: 2 out of 3 new replicas have been updated...

从上面的信息可以看出我们的滚动更新已经有两个 Pod 已经更新完成了，在滚动更新过程中，我们还可以执行如下的命令来暂停更新：

$ kubectl rollout pause deployment/nginx-deploy
deployment.apps/nginx-deploy paused

这个时候我们的滚动更新就暂停了，此时我们可以查看下 Deployment 的详细信息：

$ kubectl describe deploy nginx-deploy
Name:                   nginx-deploy
Namespace:              default
CreationTimestamp:      Sat, 16 Nov 2019 16:01:24 +0800
Labels:                 <none>
Annotations:            deployment.kubernetes.io/revision: 2
                        kubectl.kubernetes.io/last-applied-configuration:
                          {"apiVersion":"apps/v1","kind":"Deployment","metadata":{"annotations":{},"name":"nginx-deploy","namespace":"default"},"spec":{"minReadySec...
Selector:               app=nginx
Replicas:               3 desired | 2 updated | 4 total | 4 available | 0 unavailable
StrategyType:           RollingUpdate
MinReadySeconds:        5
RollingUpdateStrategy:  1 max unavailable, 1 max surge
......
OldReplicaSets:  nginx-deploy-85ff79dd56 (2/2 replicas created)
NewReplicaSet:   nginx-deploy-5b7b9ccb95 (2/2 replicas created)
Events:
  Type    Reason             Age    From                   Message
  ----    ------             ----   ----                   -------
  Normal  ScalingReplicaSet  26m    deployment-controller  Scaled up replica set nginx-deploy-85ff79dd56 to 4
  Normal  ScalingReplicaSet  3m44s  deployment-controller  Scaled down replica set nginx-deploy-85ff79dd56 to 3
  Normal  ScalingReplicaSet  3m44s  deployment-controller  Scaled up replica set nginx-deploy-5b7b9ccb95 to 1
  Normal  ScalingReplicaSet  3m44s  deployment-controller  Scaled down replica set nginx-deploy-85ff79dd56 to 2
  Normal  ScalingReplicaSet  3m44s  deployment-controller  Scaled up replica set nginx-deploy-5b7b9ccb95 to 2

在这里插入图片描述
我们仔细观察 Events 事件区域的变化，上面我们用 kubectl scale 命令将 Pod 副本调整到了 4，现在我们更新的时候是不是声明又变成 3 了，所以 Deployment 控制器首先是将之前控制的 nginx-deploy-85ff79dd56 这个 RS 资源对象进行缩容操作，然后滚动更新开始了，可以发现 Deployment 为一个新的 nginx-deploy-5b7b9ccb95 RS 资源对象首先新建了一个新的 Pod，然后将之前的 RS 对象缩容到 2 了，再然后新的 RS 对象扩容到 2，后面由于我们暂停滚动升级了，所以没有后续的事件了，大家有看明白这个过程吧？这个过程就是滚动更新的过程，启动一个新的 Pod，杀掉一个旧的 Pod，然后再启动一个新的 Pod，这样滚动更新下去，直到全都变成新的 Pod，这个时候系统中应该存在 4 个 Pod，因为我们设置的策略maxSurge=1，所以在升级过程中是允许的，而且是两个新的 Pod，两个旧的 Pod：

$ kubectl get pods -l app=nginx
NAME                            READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-deploy-5b7b9ccb95-k6pkh   1/1     Running   0          11m
nginx-deploy-5b7b9ccb95-l6lmx   1/1     Running   0          11m
nginx-deploy-85ff79dd56-7r76h   1/1     Running   0          75m
nginx-deploy-85ff79dd56-txc4h   1/1     Running   0          75m

查看 Deployment 的状态也可以看到当前的 Pod 状态：

$ kubectl get deployment  
NAME           READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
nginx-deploy   4/3     2            4           75m

这个时候我们可以使用kubectl rollout resume来恢复我们的滚动更新：

$ kubectl rollout resume deployment/nginx-deploy
deployment.apps/nginx-deploy resumed
$ kubectl rollout status deployment/nginx-deploy
Waiting for deployment "nginx-deploy" rollout to finish: 2 of 3 updated replicas are available...
deployment "nginx-deploy" successfully rolled out

看到上面的信息证明我们的滚动更新已经成功了，同样可以查看下资源状态：

$ kubectl get pod -l app=nginx
NAME                            READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-deploy-5b7b9ccb95-gmq7v   1/1     Running   0          115s
nginx-deploy-5b7b9ccb95-k6pkh   1/1     Running   0          15m
nginx-deploy-5b7b9ccb95-l6lmx   1/1     Running   0          15m
$ kubectl get deployment                        
NAME           READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
nginx-deploy   3/3     3            3           79m

这个时候我们查看 ReplicaSet 对象，可以发现会出现两个：

$ kubectl get rs -l app=nginx
NAME                      DESIRED   CURRENT   READY   AGE
nginx-deploy-5b7b9ccb95   3         3         3       18m
nginx-deploy-85ff79dd56   0         0         0       81m

从上面可以看出滚动更新之前我们使用的 RS 资源对象的 Pod 副本数已经变成 0 了，而滚动更新后的 RS 资源对象变成了 3 个副本，我们可以导出之前的 RS 对象查看：

$ kubectl get rs nginx-deploy-85ff79dd56 -o yaml
apiVersion: apps/v1
kind: ReplicaSet
metadata:
  annotations:
    deployment.kubernetes.io/desired-replicas: "3"
    deployment.kubernetes.io/max-replicas: "4"
    deployment.kubernetes.io/revision: "1"
  creationTimestamp: "2019-11-16T08:01:24Z"
  generation: 5
  labels:
    app: nginx
    pod-template-hash: 85ff79dd56
  name: nginx-deploy-85ff79dd56
  namespace: default
  ownerReferences:
  - apiVersion: apps/v1
    blockOwnerDeletion: true
    controller: true
    kind: Deployment
    name: nginx-deploy
    uid: b0fc5614-ef58-496c-9111-740353bd90d4
  resourceVersion: "2140545"
  selfLink: /apis/apps/v1/namespaces/default/replicasets/nginx-deploy-85ff79dd56
  uid: 8eca2998-3610-4f80-9c21-5482ba579892
spec:
  replicas: 0
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
      pod-template-hash: 85ff79dd56
  template:
    metadata:
      creationTimestamp: null
      labels:
        app: nginx
        pod-template-hash: 85ff79dd56
    spec:
      containers:
      - image: nginx
        imagePullPolicy: Always
        name: nginx
        ports:
        - containerPort: 80
          protocol: TCP
        resources: {}
        terminationMessagePath: /dev/termination-log
        terminationMessagePolicy: File
      dnsPolicy: ClusterFirst
      restartPolicy: Always
      schedulerName: default-scheduler
      securityContext: {}
      terminationGracePeriodSeconds: 30
status:
  observedGeneration: 5
  replicas: 0

我们仔细观察这个资源对象里面的描述信息除了副本数变成了replicas=0之外，和更新之前没有什么区别吧？大家看到这里想到了什么？有了这个 RS 的记录存在，是不是我们就可以回滚了啊？而且还可以回滚到前面的任意一个版本，这个版本是如何定义的呢？我们可以通过命令 rollout history 来获取：

$ kubectl rollout history deployment nginx-deploy
deployment.apps/nginx-deploy 
REVISION  CHANGE-CAUSE
1         <none>
2         <none>

其实 rollout history 中记录的 revision 是和 ReplicaSets 一一对应。如果我们手动删除某个 ReplicaSet，对应的rollout history就会被删除，也就是说你无法回滚到这个revison了，同样我们还可以查看一个revison的详细信息：

$ kubectl rollout history deployment nginx-deploy --revision=1 
deployment.apps/nginx-deploy with revision #1
Pod Template:
  Labels:       app=nginx
        pod-template-hash=85ff79dd56
  Containers:
   nginx:
    Image:      nginx
    Port:       80/TCP
    Host Port:  0/TCP
    Environment:        <none>
    Mounts:     <none>
  Volumes:      <none>

假如现在要直接回退到当前版本的前一个版本，我们可以直接使用如下命令进行操作：

$ kubectl rollout undo deployment nginx-deploy

当然也可以回退到指定的revision版本：

$ kubectl rollout undo deployment nginx-deploy --to-revision=1
deployment "nginx-deploy" rolled back

回滚的过程中我们同样可以查看回滚状态：

$ kubectl rollout status deployment/nginx-deploy
Waiting for deployment "nginx-deploy" rollout to finish: 1 old replicas are pending termination...
Waiting for deployment "nginx-deploy" rollout to finish: 1 old replicas are pending termination...
Waiting for deployment "nginx-deploy" rollout to finish: 1 old replicas are pending termination...
Waiting for deployment "nginx-deploy" rollout to finish: 2 of 3 updated replicas are available...
Waiting for deployment "nginx-deploy" rollout to finish: 2 of 3 updated replicas are available...
deployment "nginx-deploy" successfully rolled out

这个时候查看对应的 RS 资源对象可以看到 Pod 副本已经回到之前的 RS 里面去了。

$ kubectl get rs -l app=nginx
NAME                      DESIRED   CURRENT   READY   AGE
nginx-deploy-5b7b9ccb95   0         0         0       31m
nginx-deploy-85ff79dd56   3         3         3       95m

不过需要注意的是回滚的操作滚动的revision始终是递增的：

$ kubectl rollout history deployment nginx-deploy
deployment.apps/nginx-deploy 
REVISION  CHANGE-CAUSE
2         <none>
3         <none>

保留旧版本

在很早之前的 Kubernetes 版本中，默认情况下会为我们暴露下所有滚动升级的历史记录，也就是 ReplicaSet 对象，但一般情况下没必要保留所有的版本，毕竟会存在 etcd 中，我们可以通过配置 spec.revisionHistoryLimit 属性来设置保留的历史记录数量，不过新版本中该值默认为 10，如果希望多保存几个版本可以设置该字段。

总结

1.deployment的spec.template发生变更的时候，Deployment会创建一个新的ReplicaSet，然后滚动更新Pod. 而更改spec.replicas的数量不会创建一个新的ReplicaSet。
2.maxSurge 和 maxUnavailable 不能同时为 0，否则 Deployment 无法完成滚动更新。
3.当deployment的spec发生变更时，generation会升级。
4.deployment的restartPolicy只能是Always.
5.spec.revisionHistoryLimit设置保留ReplicaSet的历史记录数量

常用命令

调整副本数
kubectl scale deployment/<deployment-name> --replicas=4
查看滚动更新状态
kubectl rollout status deployment/<deployment-name>
暂停滚动更新
kubectl rollout pause deployment/<deployment-name>
恢复滚动更新
kubectl rollout resume deployment/<deployment-name>
回滚到指定版本
kubectl rollout undo deployment/<deployment-name> --to-revision=1
回滚到上一个版本
kubectl rollout undo deployment/<deployment-name>
查看历史版本
kubectl rollout history deployment/<deployment-name>
查看指定版本的详情
kubectl rollout history deployment/<deployment-name> --revision=1 
重新启动 Deployment
kubectl rollout restart deployment/<deployment-name>