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Kubernetes

入門 Kubernetes 到考取 CKA 證照系列 第 7 篇

Day 07 -【Basic Concept】：Rolling Update & Rollback

#kubernetes kubernetes argocd docker sre
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今日目標

  • Deployment 的 Update Strategy

    • Recreate vs Rolling Update
    • Rolling Update 的進階設定：minReadySeconds、maxSurge、maxUnavailable

  • Rollout history

    • 標記 CHANGE-CAUSE：註解每次更新的原因

  • Rollback

在昨天的文章中，我們有提到 Deployment 可以達成 Rolling Update，並且稍微展示了 Update 的效果，也就是更新 image。今天我們來更深入地討論 Rolling update 與 Rollback。

Update Strategy

當一個 Deployment 需要更新時，你可以考慮兩種最基本的更新策略：

  • Recreate：一次性的刪除所有舊的 Pod ，然後建立新的 Pod。這種方式會導致服務中斷(downtime)。

  • Rolling Update: 逐一更新舊的 Pod，一個更新好了才換下一個，直到最後所有的 Pod 都更新完成。這種方式不會導致服務的中斷，因為一個 Pod 在更新時，其他 Pod 還是能被存取到，這就是所謂的 zero-downtime。

以上兩種策略皆可在 Deployment 的 yaml「spec.strategy.type」欄位中指定，不指定預設值為 RollingUpdate。

因為目前的章節為「Basic Concept」，所以今天先介紹最基礎的更新策略，讓大家初步體驗「Update」的感覺。

較為進階的部署策略，例如「藍綠部署(blue-green Deployment)」、「金絲雀部署(Canary Deployment)」，會在「Workloads & Scheduling」的章節中，也就是 Day 18 來介紹。

Rolling Update

Rolling Updates 可以做到以下幾點：

  • 更新 image

  • 可以 rollback 到之前的版本

  • 無論 Update 或是 Rollback，都能達到「Zero-downtime」的效果

我們來實際測試看看 Recreate 與 RollingUpdate 的差異：

Recreate vs RollingUpdate

今天有一個 Deployment 的需求如下：

  • name：nginx-deploy
  • image：nginx
  • replicas：3
  • strategy：Recreate

我們先來看看 yaml 的配置:

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  creationTimestamp: null
  labels:
    app: nginx
  name: nginx
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  strategy:
    type:  Recreate
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - image: nginx
        name: nginx

kubectl apply -f nginx.yaml
  • 建立後，我們先觀察一下 Pod 的「編號」:
kubectl get pods

NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-7854ff8877-7fnzm   1/1     Running   0          10m
nginx-7854ff8877-p5s7n   1/1     Running   0          10m
nginx-7854ff8877-p5sgl   1/1     Running   0          10m
  • 更新 Deployment 的 image，然後馬上觀察 Pod 的更新情況：
kubectl set image deployment/nginx nginx=nginx:1.15 && kubectl get pods -w

可以看到，舊的 Pod 會全部進入「Terminating」狀態，然後新的 Pod 會一個一個被建立(Pending -> ContainerCreating -> Running):

NAME                     READY   STATUS        RESTARTS   AGE
nginx-7854ff8877-7fnzm   1/1     Terminating   0          11m # 舊
nginx-7854ff8877-p5s7n   1/1     Terminating   0          11m # 舊
nginx-7854ff8877-p5sgl   1/1     Terminating   0          11m # 舊
nginx-7854ff8877-p5sgl   1/1     Terminating   0          11m 
nginx-7854ff8877-p5s7n   1/1     Terminating   0          11m 
nginx-7854ff8877-7fnzm   1/1     Terminating   0          11m
nginx-7854ff8877-p5sgl   0/1     Terminating   0          11m
nginx-7854ff8877-p5s7n   0/1     Terminating   0          11m 
nginx-7854ff8877-7fnzm   0/1     Terminating   0          11m 
nginx-86598bfc84-jnnds   0/1     Pending       0          0s
nginx-86598bfc84-jnnds   0/1     Pending       0          1s
nginx-86598bfc84-rhb85   0/1     Pending       0          0s
nginx-86598bfc84-7ppk9   0/1     Pending       0          0s
nginx-86598bfc84-rhb85   0/1     Pending       0          0s
nginx-86598bfc84-7ppk9   0/1     Pending       0          0s
nginx-86598bfc84-jnnds   0/1     ContainerCreating   0          1s # 新
nginx-86598bfc84-rhb85   0/1     ContainerCreating   0          0s # 新
nginx-86598bfc84-7ppk9   0/1     ContainerCreating   0          0s # 新
nginx-7854ff8877-7fnzm   0/1     Terminating         0          11m
nginx-7854ff8877-p5sgl   0/1     Terminating         0          11m
nginx-7854ff8877-7fnzm   0/1     Terminating         0          11m
nginx-7854ff8877-7fnzm   0/1     Terminating         0          11m
nginx-7854ff8877-p5s7n   0/1     Terminating         0          11m
nginx-7854ff8877-p5s7n   0/1     Terminating         0          11m
nginx-7854ff8877-p5s7n   0/1     Terminating         0          11m
nginx-7854ff8877-p5sgl   0/1     Terminating         0          11m
nginx-7854ff8877-p5sgl   0/1     Terminating         0          11m
nginx-86598bfc84-jnnds   0/1     ContainerCreating   0          1s
nginx-86598bfc84-rhb85   0/1     ContainerCreating   0          0s
nginx-86598bfc84-7ppk9   0/1     ContainerCreating   0          0s
nginx-86598bfc84-rhb85   1/1     Running             0          2s
nginx-86598bfc84-7ppk9   1/1     Running             0          2s
nginx-86598bfc84-jnnds   1/1     Running             0          3s

可以留意一下上面的輸出結果，來和底下的 Rolling Update 做比較。

接著，我們修改一下 yaml ，將 strategy 改為 RollingUpdate：

......
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  strategy:
    type: RollingUpdate
......

你也可以直接刪掉 strategy 這個欄位，反正預設就是 RollingUpdate。

然後，我們直接 apply 這個 yaml(這會讓 image 版本從「1.15」更新到「latest」，因為 yaml 裡的 image 沒被更動)，並馬上觀察 Pod 的更新情況：

kubectl apply -f nginx.yaml && kubectl get po -w

可以看到，不同於 Recreate ，RollingUpdate 會先建立一個新 Pod ，然後刪除一個舊 Pod ，直到所有 Pod 都更新完成:

NAME                     READY   STATUS              RESTARTS   AGE
nginx-7854ff8877-rkrkd   0/1     ContainerCreating   0          1s   # 建立新的Pod
nginx-86598bfc84-7ppk9   1/1     Running             0          4m6s
nginx-86598bfc84-jnnds   1/1     Running             0          4m7s
nginx-86598bfc84-rhb85   1/1     Running             0          4m6s # 舊的Pod還在跑
nginx-7854ff8877-rkrkd   0/1     ContainerCreating   0          1s
nginx-7854ff8877-rkrkd   1/1     Running             0          2s   # 新的Pod建立完成
nginx-86598bfc84-rhb85   1/1     Terminating         0          4m7s # 舊的Pod開始被刪除
nginx-7854ff8877-xq9ht   0/1     Pending             0          0s
nginx-7854ff8877-xq9ht   0/1     Pending             0          0s
nginx-7854ff8877-xq9ht   0/1     ContainerCreating   0          0s
nginx-86598bfc84-rhb85   1/1     Terminating         0          4m7s
nginx-86598bfc84-rhb85   0/1     Terminating         0          4m8s
nginx-7854ff8877-xq9ht   0/1     ContainerCreating   0          1s
nginx-86598bfc84-rhb85   0/1     Terminating         0          4m8s
nginx-7854ff8877-xq9ht   1/1     Running             0          1s
nginx-86598bfc84-rhb85   0/1     Terminating         0          4m8s
nginx-86598bfc84-rhb85   0/1     Terminating         0          4m8s
nginx-86598bfc84-jnnds   1/1     Terminating         0          4m9s
nginx-7854ff8877-lx4rg   0/1     Pending             0          0s
nginx-7854ff8877-lx4rg   0/1     Pending             0          0s
nginx-7854ff8877-lx4rg   0/1     ContainerCreating   0          0s
nginx-86598bfc84-jnnds   1/1     Terminating         0          4m10s
nginx-86598bfc84-jnnds   0/1     Terminating         0          4m10s
nginx-7854ff8877-lx4rg   0/1     ContainerCreating   0          1s
nginx-86598bfc84-jnnds   0/1     Terminating         0          4m10s
nginx-86598bfc84-jnnds   0/1     Terminating         0          4m10s
nginx-86598bfc84-jnnds   0/1     Terminating         0          4m10s
nginx-7854ff8877-lx4rg   1/1     Running             0          1s

Tips：更新 image

從上面的例子中，我們使用了兩種方式來進行更新:

  1. kubectl apply
  2. kubectl set image

這兩種方式的主要差異在於，kubectl set image 並且更新後的內容不會反映在 yaml 中，所以在使用時要格外的小心，有時可能因一時方便而忘記了更新 yaml，造成日後維護上的麻煩 。

Rolling Update 的進階設定

我們還能針對 Rolling Update 的過程進行更多控制：

spec:
  minReadySeconds: <N>
  strategy:
    type: RollingUpdate
    rollingUpdate:
      maxSurge: <X>
      maxUnavailable: <Y>

  • minReadySeconds：在一個 Pod 更新後(Status 為 Ready)，預設上 k8s 會直接更新下一個 Pod，如果這時 Pod 還沒初始化完成就對外開放，部分使用者可能會無法存取服務。透過設定「minReadySeconds」，讓 Pod 在 Ready 後有 n 秒啟動或初始化的時間，然後 k8s 才會繼續更新下一個 template。

  • maxSurge：X 可以是「整數」或「%」若 X=1，表示最多容許更新過程中存在「desired number + 1」個 Pod 處於 Running 的狀態。

  • maxUnavailable：Y 可以是「整數」或「%」，但不能同時與 X 設為 0。若 Y=1，表示最多容許更新過程中存在「1」個 Pod 無法提供服務(Status 不是 Ready)。

我們來看幾個例子：

spec:
  replicas: 3
  strategy:
    type: RollingUpdate
    rollingUpdate:
      maxSurge: 1
      maxUnavailable: 0

更新時，k8s 先建立 1 個 Pod，除非新 Pod 的 status 為 Ready，否則不會刪除舊的 Pod。

spec:
  minReadySeconds: 5
  replicas: 3
  strategy:
    type: RollingUpdate
    rollingUpdate:
      maxSurge: 1
      maxUnavailable: 1

更新時，k8s 先建立 1 個 Pod，並至少維持兩個 Pod 是可被存取的(status 為 Ready)。當新 Pod 的 status 為 Ready 後，需等待 5 秒才會更新下一個 Pod。

spec:
  replicas: 10
  strategy:
    type: RollingUpdate
    rollingUpdate:
      maxSurge: 20%
      maxUnavailable: 20%

更新時，k8s 最多可建立 2 個新 Pod，並且至少要維持 8 個 Pod 是可被存取的(status 為 Ready)。

Rollout history

更新後，我們可以用 kubectl rollout history 來查看更新的歷史紀錄：

以上面的 nginx Deployment 為例，總共進行了三次 rollout：

  1. 原始版本
  2. 更新到1.15
  3. 回到原始版本
kubectl rollout history deploy nginx

REVISION  CHANGE-CAUSE
2         <none>
3         <none>

但是，明明總共三次rollout，為什麼只看到兩次呢？

這是因為 REVISION 3 實際上是回到 REVISION 1(原始版本)，所以在輸出結果中，REVISION 1被「移動」到了REVISION 3 的位置。

(有關這個「移動」可能現在聽起來有點抽象，不過後面還會多次出現，相信之後會更加清楚。)

另外，CHANGE-CAUSE 欄位是可以自行指定的，為了清楚的知道每次 rollout 的原因，在每次更新後可執行以下指令進行標記：

kubectl annotate deployment/nginx kubernetes.io/change-cause="Rollout to first revision"

再次用查看 rollout history：

kubectl rollout history deploy nginx

REVISION  CHANGE-CAUSE
2         <none>
3         Rollout to first revision

另外，我們也可以單獨針對某個 REVISION，查看到底更新了什麼內容：

kubectl rollout history deploy nginx --revision=3

deployment.apps/nginx with revision #3
Pod Template:
  Labels:       app=nginx
        pod-template-hash=bf5d5cf98
  Annotations:  kubernetes.io/change-cause: Rollout to first revision
  Containers:
   nginx:
    Image:      nginx
    Port:       <none>
    Host Port:  <none>
    Environment:        <none>
    Mounts:     <none>
  Volumes:      <none>
  Node-Selectors:       <none>
  Tolerations:  <none>

Rollback

在更新之後，可能會發現新版本有些問題，想要回到「上一個」版本。這時候就可以用到 Rollback：

  • 回到上一版本，也就是 nginx:1.15
kubectl rollout undo deployment/nginx
  • 標記 CHANGE-CAUSE：
kubectl annotate deployment/nginx kubernetes.io/change-cause="Rollback to 1.15"
  • 查看 rollout history：
kubectl rollout history deploy nginx

3         Rollout to first revision
4         Rollback to 1.15

可以看到 REVISION 2 消失了，「移動」到了 REVISION 4 的位置，因為兩者其實是相同的版本，只是先後順序不同。而 CHANGE-CAUSE 也從原本的「none」變成了「 Rollback to 1.15」。

你也可以指定回到某個「特定的」版本：

  • 我們再進行一次更新：
kubectl set image deployment/nginx nginx=nginx:l.17
  • 標記 CHANGE-CAUSE：
kubectl annotate deployment/nginx kubernetes.io/change-cause="Rollout to 1.17"
  • 查看 rollout history：
kubectl rollout history deploy nginx

REVISION  CHANGE-CAUSE
3         Rollout to first revision
4         Rollback to 1.15
5         Rollout to 1.17

這裡就不會有「REVISION 移動」的效果，因為這次是一個全新的 REVISION。

  • 「指定」 rollback 到 REVISION 3，此時的版本為 nginx:latest：
kubectl rollout undo deployment/nginx --to-revision=3
  • 先不要標記 CHANGE-CAUSE，直接看 rollout history：
kubectl rollout history deploy nginx

REVISION  CHANGE-CAUSE
4         Rollback to 1.15
5         Rollout to 1.17
6         Rollout to first revision

REVISION 3 「移動」到了 REVISION 6 的位置

  • 標記 CHANGE-CAUSE：
kubectl annotate deployment/nginx kubernetes.io/change-cause="Rollback to first revision"

今日小結

今天介紹了 Deployment 的 Rolling Update 與 Rollback ，來到到 zero-downtime 的效果，並且可以透過 CHANGE-CAUSE 來標記每次更新的原因，讓管理更加方便。

另外如果忘記 CHANGE-CAUSE 如何標記的話，可以到官網的Deployment 文件，搜尋「CHANGE-CAUSE」，就可以找到相關的資訊。

參考資料


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