Kubernetes Deployment管理与使用
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Kubernetes Deployment管理与使用

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Deployment管理与使用

一、Kubernetes管理对象

1. 控制器概述

设定空调温度的时候，通过遥控器定义期望状态（Desired State），而房间实时温度就是当前状态（Current State）。操作遥控器后，空调会持续调节，让当前状态不断趋近并匹配期望状态。

在Kubernetes中，控制器会持续监听集群的实际状态，核心工作就是驱动集群的当前状态向期望状态对齐。

作为设计原则之一，Kubernetes采用控制器分工模式，多个控制器各司其职，各自负责集群状态的一个特定方面。最典型的设计是，控制器以某一类资源作为期望状态依据，专门管控另一类资源，使其逐步向期望状态演进。

2. ReplicationController(RC)

ReplicationController（复制控制器，简称RC）的核心作用是确保在任何时候都有特定数量的Pod副本处于运行状态，确保单个或一组同类型Pod持续可用。

RC可以指定Pod的副本数量，并且在其中有Pod故障时可以自动拉起新的Pod，大大简化了管理难度。

ReplicationController是Kubernetes早期的初代副本控制器，ReplicaSet（简称RS）作为其升级替代版本，完全兼容ReplicationController的所有能力，同时扩展了更强的功能。生产环境中，更推荐使用ReplicaSet的Deployment来实现副本管理。

4. ReplicaSet副本集(RS)

ReplicaSet是ReplicationController（RC）的新一代升级版，核心能力与RC基本一致：负责维持Pod副本数量稳定、管控Pod运行调度。二者使用方式也相近，主要差异在于ReplicaSet升级了API接口，扩展了更多能力。

ReplicaSet的核心职责，是维护一组数量固定、持续运行的Pod副本集合，确保指定数量且配置一致的Pod始终处于可用状态。

  • ReplicaSet资源同样必须配置“apiVersion”、“kind”和“metadata”字段

  • Pod标签选择器：通过“.spec.selector”字段定义标签选择规则。ReplicaSet要求Pod模板标签“.spec.template.metadata.labels”必须和“.spec.selector”匹配，否则API会直接拒绝该配置。

  • 可以通过“.spec.replicas”设定预期运行的Pod副本数，ReplicaSet会自动创建或销毁Pod，始终保证实际副本数量与设定值一致。

5. 命令行接口

Kubernetes集群的各类运维操作均依托kubectl工具实现，可以对Deployment、ReplicaSet、Pod等资源，完成创建、删除等全生命周期管理，也可以查询资源状态、监控资源占用情况。

[Tricks] kubectl的基本语法。

kubectl [command] [TYPE] [NAME] [flags]

  • command：指定你希望进行的操作，如create、get、describe、delete等

  • TYPE：指定操作对象的类型，如deployment、RS、Pod等

  • NAME：指定对象的名称

  • flags：可选的标志位

[Tricks] 常用的Command有五种。

命令

说明

create

创建资源

apply

应用资源的配置变更，也可以替代create创建新的资源

get

查看资源

describe

查看资源的详细描述

delete

删除资源

[Tricks] 创建一个Deployment，镜像使用nginx。

root@k8s-master:~# kubectl create deployment dep01 --image=nginx

6. Deployment概述

目前k8s运维最常用控制器为Deployment，创建Deployment会自动生成ReplicaSet（RS）。日常业务部署优先使用Deployment，一般不会直接操作ReplicaSet。仅在需要自定义特殊更新流程、无需版本迭代的特殊场景下，才直接使用RS。

实际开发运维中无需手动操作ReplicaSet，直接在Deployment的spec字段定义应用配置即可完成业务部署与管控。Deployment层级管理逻辑如下。

容器 < Pod < ReplicaSet < Deployment

5.1 资源组成关系

  • Pod：最小调度单元，内部一般搭载单个业务容器，也可以放置耦合度极高的多个容器。

  • ReplicaSet：管控一组完全相同的Pod，保障集群内始终维持指定数量Pod副本正常运行。

  • Deployment：高级管控层，可管理一个或多个不同ReplicaSet，依托RS间接管理所有Pod。

5.2 Deployment与RS区别

  • ReplicaSet：仅负责维持Pod副本数量稳定，无版本更新、滚动发布等高级功能。

  • Deployment：在RS基础上，提供声明式更新、滚动升级、版本回滚、扩容缩容等核心功能。

5.3 pod-template-hash

pod-template-hash（基于Pod模板计算出的哈希标识）是k8s系统内置固定标签，由Deployment控制器自动生成、自动挂载，无需人工手动定义、手动编写YAML添加。

  • 来源主体：Deployment

  • 标签值：一串7位数字+字母哈希字符串

  • 计算依据：对Deployment中“spec.template”整个Pod模板全文做哈希算法运算

  • 挂载对象：自动在ReplicaSet和该RS管理的所有Pod上

root@k8s-master:~# kubectl get replicasets.apps
NAME                          DESIRED   CURRENT   READY   AGE
nginx-deployment-6896c96c7b   4         4         4       11m

7. Deployment弹性伸缩

相较于虚拟机，容器的核心优势是具备灵活的弹性伸缩功能，该能力由Kubernetes负责调度管控。Deployment弹性伸缩本质是Pod数量的增加或减少，可以快速完成实例调整，支撑业务自动化部署。Deployment弹性伸缩主要分为两种实现方式：

  • 编辑YAML配置文件，修改replica副本数

  • 使用scale命令，快速完成扩容或缩容操作

7.1 Deployment升级

当使用的Deployment需要升级时，如软件版本更新，可以使用“rolling update”功能滚动升级Deployment中所有的Pod。

7.2 Deployment回滚

使用Kubernetes滚动更新后，Kubernetes会记录下本次更新，并且保持一个历史版本。如果更新后出现应用异常，可以通过回滚操作回到之前的版本。

二、Deployment基础案例

1. 创建Deployment

[Step1] 本地新建YAML清单，定义Deployment资源描述模板。

root@k8s-master:~# vim nginx-deployment.yml
​
# 写入下列内容
# 版本号，固定为apps/v1，如果1.9.0以前版本使用apps/v1beta2
apiVersion: apps/v1     
kind: Deployment        # 资源类型
metadata:               # 元数据
  name: nginx-deployment
  labels:                   # 定义标签
    app: nginx-deployment   # 自定义标签（键和值均可自定义）
spec:
  replicas: 4                   # 预期数量为4
  selector:
    matchLabels:                # 标签匹配模式：精确匹配
      app: nginx-deployment     # 匹配的标签值
  template:         # 对Pod模板的定义，至少要定义一个Label
    metadata:
      labels:       # 给Pod加上标签，需要和selector定义一致
        app: nginx-deployment
    spec:
      containers:   # 定义容器的属性
        - name: nginx
          image: nginx:latest
          imagePullPolicy: IfNotPresent
          ports:
            - containerPort: 80

[Step2] 基于YAML清单向Kubernetes集群声明式地创建Deployment资源。

root@k8s-master:~# kubectl create -f nginx-deployment.yml

[Step3] 验证：查看当前集群中的所有Deployment资源。

root@k8s-master:~# kubectl get deployments.apps
root@k8s-master:~# kubectl get deploy

[Step4] 验证：在创建Deployment时会自动生成ReplicaSet，查看当前集群中所有的ReplicaSet资源。Deployment控制器会将pod-template-hash标签添加到Deployment所创建的每个ReplicaSet中，此时能够看到pod-template-hash标签。

root@k8s-master:~# kubectl get replicasets.apps

[Step5] 验证：查看当前命名空间下所有的Pod，能够看到4个以ReplicaSet名称开头的Pod，同时能够看到定义的标签值。

root@k8s-master:~# kubectl get pod --show-labels
root@k8s-master:~# kubectl get pod -l app=nginx-deployment

2. 更新Deployment

[Step1] Deployment内滚动更新策略，默认配置“maxSurge: 25%”、“maxUnavailable: 25%”。更新时可扩容出最多25%的Pod，最多容许25%实例不可用。保障服务持续在线，实现平滑版本迭代。

# 查看nginx-deployment的完整详细信息，并以YAML格式输出
root@k8s-master:~# kubectl get deployments.apps nginx-deployment -o yaml

[Step2] 更新Deployment，将原有的镜像从“nginx:latest”修改为“httpd:latest”。在k8s新版本中不再推荐使用“--record”，未来版本中会删除，因此会出现相关提示。

root@k8s-master:~# kubectl set image deployments/nginx-deployment nginx=httpd:latest --record
​
# 除了上述通过命令的方式修改，也可以通过edit命令进行修改
root@k8s-master:~# kubectl edit deployments/nginx-deployment

  • kubectl set image：修改镜像

  • deployments/nginx-deployment：修改的Deployment名称

  • nginx=httpd:latest：将容器nginx镜像修改为httpd

  • --record：记录更新命令，方便回看历史

[Step3] 验证：查看Deployment升级进度，显示为“successfully”则表示更新成功。

root@k8s-master:~# kubectl rollout status deployment/nginx-deployment

[Step4] 验证：以YAML格式输出nginx-deployment完整配置，过滤出镜像字段，能够看到镜像已经修改为“httpd:latest”。

root@k8s-master:~# kubectl get deployments.apps nginx-deployment -o yaml | grep image

[Step5] 验证：查看当前集群中所有的ReplicaSet资源，能够看到更新后新增的RS。Kubernetes更新Deployment时，会根据新配置创建全新的ReplicaSet，而原有的旧版RS自动保存。以此保持历史应用版本，支持业务快速回滚恢复。

root@k8s-master:~# kubectl get rs

[Step6] 验证：查看nginx-deployment的完整详细信息，从“Events”事件列表中可以确认，所有调度工作均由Deployment控制器发起。

  1. 新版副本集“nginx-deployment-5b58b8b84”从0实例扩容到1，启动新版本业务Pod；

  2. 同步将旧版本副本集“nginx-deployment-6896c96c7b”从4实例缩容到3，逐步关停旧业务实例；

  3. 持续交替完成新版扩容、旧版缩容操作，分批完成实例数量迭代更替；

  4. 直至新版副本集扩容至预设4个目标实例，旧版副本集缩容为0，完成全量版本更替。

root@k8s-master:~# kubectl describe deployments.apps nginx-deployment

3. 回滚Deployment

[Step1] 假设此时我们使用的镜像有问题，需要回退至上一版本。首先查看nginx-deployment的版本更新历史，可以查看到两个版本。其中版本1为初始创建版本，在首次部署为添加记录参数，因此记录操作记录显示为“none”。第二次更新时使用了“--record”参数，系统自动留存对应的修改操作命令。

root@k8s-master:~# kubectl rollout history deployment/nginx-deployment

[Step2] 可以通过“--revision”参数查看指定版本的详细信息。

root@k8s-master:~# kubectl rollout history deployment/nginx-deployment --revision=2

[Step3] 将nginx-deployment回滚到版本1。

root@k8s-master:~# kubectl rollout undo deployment/nginx-deployment --to-revision=1

[Step4] 验证：查看当前集群中所有的ReplicaSet资源，此时已经切换为旧RS。

root@k8s-master:~# kubectl get replicasets.apps

[Step5] 验证：查看nginx-deployment的版本更新历史。Kubernetes不会覆盖版本历史，所有运维操作都会留存记录。回滚等同于一个全新发布，因此版本号会自动递增。

root@k8s-master:~# kubectl rollout history deployment nginx-deployment

### 4. 伸缩Deployment

[Step1] 查看当前集群中的所有Deployment资源以及当前命名空间下的所有Pod。

root@k8s-master:~# kubectl get deployments.apps
root@k8s-master:~# kubectl get pod

[Step2] 将nginx-deployment运行实例扩容到10个。

root@k8s-master:~# kubectl scale deployment/nginx-deployment --replicas=10

[Step3] 验证：查看当前集群中所有Deployment资源以及当前命名空间下的Pod，能够看到实例数量提升至10。

root@k8s-master:~# kubectl get deployments.apps
root@k8s-master:~# kubectl get pod

三、ReplicaSet基础案例

[Step1] 本地新建YAML清单，定义ReplicaSet资源描述模板。

root@k8s-master:~# vim nginx-replicaset.yml
​
# 写入下列内容
apiVersion: apps/v1     # 固定配置
kind: ReplicaSet        # 资源类型
metadata:
  name: nginx-replicaset
  labels:               # 定义标签
    app: nginx-label    # 自定义标签（键和值均可自定义）
spec:
  replicas: 4               # 预期数量为4
  selector:
    matchLabels:            # 标签匹配模式：精确匹配
      app: nginx-label      # 匹配的标签值
  template:         # 根据此模板来新建Pod
    metadata:
      labels:       # 给Pod加上标签，需要和selector定义一致
        app: nginx-label
    spec:
      containers:
        - name: nginx
          image: nginx:latest
          ports:
            - containerPort: 1314
          imagePullPolicy: IfNotPresent

[Step2] 基于YAML清单向Kubernetes集群声明式地创建ReplicaSet资源。

root@k8s-master:~# kubectl create -f nginx-replicaset.yml

[Step3] 验证：查看当前命名空间下所有ReplicaSet副本集的状态，能够看到运行的资源数与我们在YAML中定义的数量一致。

# "replicasets.apps"的缩写形式是"rs"
root@k8s-master:~# kubectl get replicasets.apps
root@k8s-master:~# kubectl get rs

[Step4] 验证：查看当前命名空间下所有的Pod，能够看到4个以“nginx-replicaset-”开头的Pod，同时能够看到定义的标签值。

root@k8s-master:~# kubectl get pod --show-labels
root@k8s-master:~# kubectl get pod -l app=nginx-label

[Step5] 验证：可以通过标签过滤的方式，查看指定标签值的Pod资源。

root@k8s-master:~# kubectl get pod -l app=nginx-label

[Step6]可以通过命令指定ReplicaSet名称与目标副本数，实现动态扩容或缩减。

root@k8s-master:~# kubectl scale replicaset nginx-replicaset --replicas 10
root@k8s-master:~# kubectl scale replicaset nginx-replicaset --replicas 8

[Step7] ReplicaSet会始终维持Pod副本数量与YAML配置中定义的副本数一致。因此，即便手动删除所有关联Pod，Kubernetes也会自动重新创建对应数量的Pod，保障副本规模稳定不变。

root@k8s-master:~# kubectl delete pod --all

[Step8] 虽然我们这里创建的nginx都是使用1314端口，但是都属于不同的Pod，不同的Pod拥有自己的网络资源，因此不会产生冲突。

root@k8s-master:~# kubectl get pod -o wide

[Step9] 如果将副本数设置为0，此时Pod的数量也会为0，但是ReplicaSet副本集仍然会存在。

root@k8s-master:~# kubectl scale replicaset nginx-replicaset --replicas 0
root@k8s-master:~# kubectl get replicasets.apps
root@k8s-master:~# kubectl get pod

[Step10] 删除ReplicaSet副本集。

# 两种删除方式效果一致
root@k8s-master:~# kubectl delete replicasets.apps nginx-replicaset
root@k8s-master:~# kubectl delete rs nginx-replicaset


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