Deployment详解：助你快速部署无状态应用

运维李哥不背锅 2024-10-28

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1. Deployment概述

Deployment
是 Kubernetes 中一种声明式控制器，用来管理和维护一组 Pod
副本。主要用于管理无状态应用的生命周期。通过声明 Deployment
，可以自动化地控制应用的副本数量、进行无停机更新、扩展、缩容等。

Deployment
主要作用如下：

（1）定义期望状态：指定希望部署的应用配置和数量。

（2）管理副本：确保应用副本数量与配置的期望值一致。

（3）无停机更新：支持滚动更新，逐步更新 Pod，更新过程中不会中断服务。

（4）版本回滚：可以回滚到之前的某个版本，以应对更新失败的情况。

（5）扩展性：支持自动扩容和缩容，通过 HPA 等资源进行弹性管理。

Pod，ReplicaSet和Deployment三者的关系

（1）Pod
: 是 Kubernetes 中最基本的部署单元，表示一个或多个容器的集合。Pod 共享存储、网络和上下文。

（2）ReplicaSet
: 确保指定数量的 Pod 实例在任何时候都在运行。它通过监控 Pod 的状态来管理 Pod 的创建和删除。如果某个 Pod 异常终止，ReplicaSet 会创建一个新的 Pod 来替代它。

（3）Deployment
: 是更高级别的抽象，管理 ReplicaSet 的创建和更新。Deployment 允许用户声明希望运行的应用状态，包括 Pod 的模板、副本数量和更新策略。通过 Deployment，用户可以轻松实现滚动更新和回滚。

整个管理流程如下：

Deployment 创建并管理 ReplicaSet。
ReplicaSet 负责确保运行指定数量的 Pod。
Pod 是实际承载应用的实例。

下图是三个资源对象的关系简单呈现。

2. Deployment管理

2.1 YAML 配置文件详解

Deployment YAML 文件结构如下：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-deployment   # 资源名称，根据实际填写
  namespace: prod   # 命名空间
  labels:
    app: my-app   # 标签键值对
spec:
  replicas: 3   # 副本数
  selector:       # 标签选择器
    matchLabels:
      app: my-app
  template:         # Pod模版
    metadata:
      labels:      # 标签与matchLabels处要保持一致
        app: my-app
    spec:
      containers:     # 定义容器的信息
        - name: my-container     
          image: nginx:1.25    # 定义镜像名称和版本
          imagePullPolicy: Always
          ports:
            - containerPort: 80
          resources:
            limits:
              memory: "128Mi"
              cpu: "500m"
          env:
            - name: ENV_VAR
              value: "production"
          livenessProbe:
            httpGet:
              path: /
              port: 80
            initialDelaySeconds: 3
            periodSeconds: 3

字段解析

（1）基础字段

apiVersion
：指定 API 版本，Deployment 使用 apps/v1。

kind
：资源类型，这里为 Deployment。

（2）metadata字段：资源的元数据

name
：资源名称

namespace
: 命名空间，默认是default命名空间

labels
：标签，使用键值对表示

（3）spec 字段

replicas
：指定运行中的 Pod 副本数量。例如 replicas: 3 表示希望有3个 Pod 实例在运行。

selector
：选择器，用于识别哪些 Pod 属于该 Deployment。selector.matchLabels 和 template.metadata.labels 必须一致，这样 Deployment 才可以管理对应的 Pod。

template
：定义 Pod 模板，它描述了 Pod 的具体配置。Deployment 根据模板创建或更新 Pod。

（4）template.spec 字段

containers
：容器列表。

name
：容器名称。

image
：容器使用的镜像，**生产环境一般都指向镜像仓库。**ports
：定义容器暴露的端口（如 containerPort: 80 表示容器暴露80端口）。

resources
：资源限制，用于限制 Pod 的 CPU 和内存资源。

env
：环境变量配置，向容器传递环境变量。

imagePullPolicy
: 镜像拉取策略，有三种。

Always
：总是向镜像仓库拉取
IfNotPresent
：如果本地没有镜像就向镜像仓库拉取
Never
：不向镜像仓库拉取，只使用本地镜像

livenessProbe
：定义健康检查，用于监控 Pod 是否健康运行，还有redinessProbe和Startup等探针。

2.2 基础管理

（1）创建deployment

有两种方式，一种是命令行直接创建，一种是写一个yaml文件，通过apply命令进行创建

生产环境通常使用后者，因为可以定制化deployment

# 命令行创建deployment
kubectl create deployment <deployment-name> --image=<container-image>

kubectl create deploy mynginx --image=nginx:1.25

# 基于yaml方式创建

kubectl apply -f my-deployment.yaml

（2）查看deployment

# 查看deployment信息
kubectl get deploy -n <namespace>
kubectl get deploy nginx

# 查看某个deploy详细信息
kubectl get deploy nginx -o wide
kubectl describe deploy nignx

（3）删除deployment

# 命令行删除
kubectl delete deploy <deploy-name>
kubectl delete deploy mynginx

# 基于资源清单删除
kubectl delete -f my-deployment.yaml

2.3 更新策略详解

Kubernetes 提供了灵活的 Deployment 更新策略，方便实现无停机更新、蓝绿部署等应用更新需求。

（1）更新策略配置

strategy
字段定义了 Deployment 的更新策略。Kubernetes 支持RollingUpdate
和 Recreate
两种更新策略：

策略一：RollingUpdate（滚动更新）：

RollingUpdate
是 Deployment 的默认更新策略。更新时会逐步创建新的 Pod 副本，替换旧的 Pod，确保应用保持在线状态。

更新策略是在spec字段下配置的，配置示例：

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

参数详解：

maxUnavailable
：更新过程中允许的最大不可用 Pod 数量，支持绝对值或百分比（如 75%）。

maxSurge
：更新过程中允许的最大新建 Pod 数量，同样支持绝对值或百分比。

更新具体步骤：

创建新 Pod（以符合 maxSurge 配置的上限）。

新 Pod 变为 Ready 状态时，停止旧的 Pod。

不断重复以上步骤，直到所有旧的 Pod 替换为新 Pod。

策略二：Recreate（重建）：

Recreate
策略会直接停止所有旧的 Pod 并创建新的 Pod，适合无状态服务或无需保证持续在线的应用。

配置示例：

strategy:
  type: Recreate

生产环境一般是使用滚动更新方法。

（2）更新操作

方法一：通过 YAML 文件更新

编辑 YAML 文件并重新应用。

kubectl apply -f my-deployment.yaml

方法二：直接设置新镜像更新

kubectl set image deployment/my-deployment my-container=nginx:1.25

查看更新状态：

kubectl rollout status deployment my-deployment

在滚动更新中，您可以选择暂停更新，以便在每一步观察应用行为。

暂停更新：

kubectl rollout pause deployment my-deployment

恢复更新：

kubectl rollout resume deployment my-deployment

2.4 Deployment 回滚

如果更新发生错误或出现异常，可以将 Deployment 回滚到上一个稳定版本：

执行回滚：

kubectl rollout undo deployment my-deployment

查看历史记录：

kubectl rollout history deployment my-deployment

回滚到指定版本：如果有多个历史记录，可以通过 --to-revision
指定回滚的版本。

# 将版本回滚到第三个版本
kubectl rollout undo deployment my-deployment --to-revision=3

2.5 扩容和缩容详解

Deployment
支持动态扩容和缩容，通过更改 replicas
数量来控制 Pod 的副本数量。

（1）手动扩容或缩容：

kubectl scale deployment my-deployment --replicas=3

（2）自动扩容（HPA）

Kubernetes 支持基于 HorizontalPodAutoscaler（HPA）
进行自动扩容，根据负载动态调整 Pod 副本数量：

# CPU超过85%就进行扩容
kubectl autoscale deployment my-deployment --min=3 --max=5 --cpu-percent=85

3 其他常用功能

3.1 探针配置

探针（Probe）用于监测 Pod
是否健康，Kubernetes 提供了三种探针类型：

Liveness Probe
：检测 Pod
是否正常工作。如果检测失败，会重启 Pod，如果在重启后 Liveness 探针仍然失败，Pod 将被标记为失败。。
Readiness Probe
：检测Pod
是否准备好接收流量。如果检测失败，Pod 不会参与负载均衡，这确保了新版本的容器在完全准备好之前不会接收到流量，从而避免对应用的不良影响。。
Startup Probe
：用于启动检测，尤其适合启动时间较长的应用。

如果对探针不是很熟悉，可以查看我之前是文章进行查看详细的介绍。

探针配置示例


containers:
  - name: my-container
    image: nginx:1.25
    ports:
      - containerPort: 80
    livenessProbe:   # 存活探针
      httpGet:
        path: /
        port: 80
      initialDelaySeconds: 5
      periodSeconds: 5
    readinessProbe:     # 就绪探针
      httpGet:
        path: /
        port: 80
      initialDelaySeconds: 5
      periodSeconds: 5
    startupProbe:      # 启动探针
      httpGet:
        path: /
        port: 80
      failureThreshold: 30
      periodSeconds: 10

探针参数：

initialDelaySeconds
：在容器启动后首次探测前的延迟时间。
periodSeconds
：两次探测之间的时间间隔。
failureThreshold
：如果探测失败超过该值，容器会被重启或标记为不可用。

3.2 与ConfigMap/Secret 的集成

Deployment 支持从 ConfigMap
和 Secret
中注入环境变量，使配置管理更方便灵活：

在spec.template.spec.containers
处设置

从 ConfigMap
加载环境变量：

envFrom:
  - configMapRef:
      name: my-config

从 Secret
加载环境变量：


envFrom:
  - secretRef:
      name: my-secret

3.3 资源限制

设置 CPU 和内存限制可以防止单个 Pod 占用过多资源：

resources:
  limits:
    memory: "256Mi"
    cpu: "500m"
  requests:
    memory: "128Mi"
    cpu: "250m"

limits
：资源上限，容器无法超出该值。

requests
：资源请求值，调度时优先分配该值的资源。

4 部署完整实例

下面是一个较为完整的 Deployment YAML 配置文件示例，包含了滚动更新、资源限制、环境变量、健康检查等配置：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-deployment
  labels:
    app: my-app
spec:
  replicas: 3
  strategy:
    type: RollingUpdate
    rollingUpdate:
      maxUnavailable: 1
      maxSurge: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: my-app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: my-app
    spec:
      containers:
        - name: my-container
          image: nginx:latest
          ports:
            - containerPort: 80
          envFrom:
            - configMapRef:
                name: my-config
          resources:
            limits:
              memory: "256Mi"
              cpu: "500m"
            requests:
              memory: "128Mi"
              cpu: "250m"
          livenessProbe:
            httpGet:
              path: /
              port: 80
            initialDelaySeconds: 3
            periodSeconds: 3