【K8S系列】深入解析滚动升级

1 基础介绍

Kubernetes是一个流行的容器编排平台，其中的控制器是Kubernetes的核心组件之一，它可以控制Pod的部署和管理。

滚动升级是Kubernetes中的一种重要的控制器操作，可以让用户在不中断服务的情况下对应用程序进行升级。本文将深入解析Kubernetes控制器滚动升级的原理和实现方法。

1.1 什么是滚动升级

滚动升级是指在不中断服务的情况下，对应用程序进行升级的操作。

在Kubernetes中，滚动升级是通过控制器来实现的。控制器会根据用户的要求，逐步将旧版本的Pod逐步替换为新版本的Pod，直到所有的Pod都已经被更新为止。

这样做的优点是可以减少服务中断的时间，同时也可以保证应用程序的稳定性。

1.2 控制器滚动升级的原理

控制器滚动升级的原理：是将旧版本的Pod逐步替换为新版本的Pod。这个过程可以分为以下几个步骤：

1. 创建新版本的Pod：首先需要创建新版本的Pod，并将其添加到控制器的ReplicaSet中。这个ReplicaSet会逐步替换旧版本的Pod。
   
2. 逐步替换旧版本的Pod：控制器会逐步替换旧版本的Pod，直到所有的Pod都已经被更新为止。在这个过程中，控制器会根据用户定义的策略来控制更新的速度和数量，以确保服务的稳定性。
   
3. 监控更新过程：在更新过程中，控制器会不断地监控新版本的Pod是否已经成功运行，并将运行失败的Pod进行重启或者回滚操作。这样可以保证应用程序的稳定性。
   
4. 清理旧版本的Pod：当所有的Pod都已经更新完成后，控制器会自动清理旧版本的Pod，以释放资源。
   

1.3 控制器滚动升级的实现方法

控制器滚动升级的实现方法可以分为两种：

1. 基于Deployment的滚动升级
2. 基于StatefulSet的滚动升级

1 基于Deployment的滚动升级

基于Deployment的滚动升级是Kubernetes中最常用的滚动升级方法

它通过定义一个Deployment对象来管理Pod的创建和更新。Deployment对象包含了Pod的副本数、更新策略、滚动升级速度等信息，可以通过kubectl命令或者Kubernetes API来进行管理。

在进行滚动升级时：

1. 创建：需要先使用kubectl命令或者Kubernetes API创建一个新的Deployment对象，并将其更新到Kubernetes集群中。
2. 更新：然后，使用kubectl命令或者Kubernetes API更新Deployment对象的镜像版本或者其他配置信息。

Kubernetes会自动根据新的配置信息来创建新版本的Pod，并将更新过程控制在用户定义的范围内。

2 基于StatefulSet的滚动升级

基于StatefulSet的滚动升级是一种相对较新的滚动升级方法。

它通过定义一个StatefulSet对象来管理Pod的创建和更新。与Deployment不同，StatefulSet对象可以保证Pod的唯一性和稳定性，可以在进行滚动升级时保持Pod的稳定性。

在进行滚动升级时，

1. 创建StatefulSet对象：需要先使用kubectl命令或者Kubernetes API创建一个新的StatefulSet对象，并将其更新到Kubernetes集群中。
2. 更新StatefulSet对象：然后，使用kubectl命令或者Kubernetes API更新StatefulSet对象的镜像版本或者其他配置信息。

Kubernetes会自动根据新的配置信息来创建

2 拓展

2.1 Deployment 的“滚动更新”示例

在 Kubernetes 中，可以使用 Deployment 对象来进行滚动更新。以下是一个 Deployment 滚动更新的详细代码使用介绍：

1 准备镜像

在进行滚动更新之前，需要准备一个新的镜像版本。这里我们以一个简单的 "Hello World" 应用程序为例，在 Docker Hub 上准备一个新版本的镜像。这里先用Nginx

2 创建 Deployment

在 Kubernetes 中，可以使用 YAML 文件或命令行工具来创建 Deployment。以下是一个示例 YAML 文件：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment #资源类型
metadata:
  name: hello-world
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: hello-world
  template:
    metadata:
      labels:
        app: hello-world
    spec:
      containers:
        - name: hello-world
          image: nginx:1.7.9  # <your-new-image>
          ports:
            - containerPort: 8080

在这个 YAML 文件中，定义了一个名为 "hello-world" 的 Deployment，它会启动 3 个 Pod，每个 Pod 都包含一个名为 "hello-world" 的容器。容器使用对应的版本镜像，并监听 8080 端口。

3 更新 Deployment

要更新 Deployment，可以使用 kubectl 命令行工具。以下是一个更新 Deployment 的示例命令：

kubectl set image deployment/hello-world hello-world=<your-new-image>

这个命令会将名为 "hello-world" 的 Deployment 的 "hello-world" 容器的镜像更新为你准备的新版本镜像。

4 监控更新状态

在更新 Deployment 后，可以使用 kubectl rollout status 命令来查看更新状态。以下是一个示例命令：

kubectl rollout status deployment/hello-world

这个命令会输出当前 Deployment 的更新状态，包括更新的版本和可用性等信息。

5 回滚更新

如果在更新过程中出现问题，可以使用 kubectl rollout undo 命令来回滚更新。以下是一个示例命令：

kubectl rollout undo deployment/hello-world

这个命令会将 Deployment 回滚到上一个版本，以恢复服务的可用性。

2.2 其他示例

除了上述提到的基本滚动更新过程，Kubernetes 还提供了一些高级功能和特性，以更好地管理应用程序和服务的更新和部署。以下是一些示例：

1 暂停和恢复更新

在滚动更新过程中，如果需要暂停更新以处理问题，可以使用

 kubectl rollout pause 命令暂停更新。例如：

kubectl rollout pause deployment/hello-world

这个命令会暂停 "hello-world" Deployment 的更新。一旦问题解决，可以使用 kubectl rollout resume 命令恢复更新。例如：

kubectl rollout resume deployment/hello-world

这个命令会恢复 "hello-world" Deployment 的更新。

2 设置滚动更新策略

在创建 Deployment 时，可以设置滚动更新策略，以控制更新的速度和失败率。

例如，可以设置最大不可用 Pod 的数量和最大并行 Pod 的数量等参数。

以下是一个示例 YAML 文件：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment #资源类型
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx-deployment
  strategy:
    type: RollingUpdate
    rollingUpdate:
      maxUnavailable: 1
      maxSurge: 1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx-deployment
    spec:
      containers:
        - name: nginx-deployment
          image: nginx:laste
          ports:
            - containerPort: 8080

这个 YAML 文件中，设置了 RollingUpdate 策略，并指定了最大不可用 Pod 的数量和最大并行 Pod 的数量都为 1。

2.3 总结

我们来看一下在滚动升级中他们三者之间的关系是怎么样的

可以看到，

1. 首先，当修改了 Deployment 里的 Pod 定义之后，Deployment Controller 会使用这个修改后的 Pod 模板，创建一个新的 ReplicaSet(v2)，这个新的 ReplicaSet 的初始 Pod 副本数是：0。
2. Deployment Controller 开始将这个新的 ReplicaSet-(v2)所控制的 Pod 副本数从 0 个变成 1 个，即：“水平扩展”出一个副本。
3. Deployment Controller 又将旧的 ReplicaSet-(v1)所控制的旧 Pod 副本数减少一个，即：“水平收缩”成两个副本。
4. 如此交替进行，新 ReplicaSet 管理的 Pod 副本数，从 0 个变成 1 个，再变成 2 个，最后变成 3 个。

 5.而旧的 ReplicaSet 管理的 Pod 副本数则从 3 个变成 2 个，再变成 1 个，最后变成 0 个。

这样，就完成了这一组 Pod 的版本升级过程。

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。

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”。

使用 Deployment 进行滚动更新是一种方便而可靠的方式，可以确保服务的连续性和可用性。在更新过程中，需要密切监控服务的性能和可用性，并及时采取措施来解决任何问题。

总的来说，Kubernetes 提供了一系列功能和特性，以帮助用户更好地管理应用程序和服务的更新和部署。这些功能可以根据用户的需求进行配置和使用。

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