用Jenkins 实现Kubernetes零停机和蓝绿部署 | Kubernetes

自从我们将 Kubernetes Continuous Deploy和 Azure Container Service插件添加到 Jenkins 更新中心后，“如何创建零停机部署”是我们最常见的问题之一。我们在 Azure 上创建了一个快速入门模板来演示零停机部署的样子。尽管我们的示例使用 Azure，但该概念很容易适用于所有 Kubernetes 安装。

滚动更新

Kubernetes 支持 RollingUpdate 策略，以逐步用新的 Pod 替换旧的 Pod，同时继续为客户端提供服务而不会导致停机。要执行 RollingUpdate 部署：

• 设置 .spec.strategy.type为 RollingUpdate（默认值）。
• 设置 .spec.strategy.rollingUpdate.maxUnavailable和 .spec.strategy.rollingUpdate.maxSurge一些合理的值。
  • maxUnavailable：更新过程中不可用的最大 pod 数。这可以是副本计数的绝对数量或百分比；默认值为 25%。
  • maxSurge：可以在所需数量的 pod 上创建的最大 pod 数。同样，这可以是绝对数量或副本计数的百分比；默认值为 25%。
• 为您的服务容器配置 readinessProbe以帮助 Kubernetes 确定 pod 的状态。Kubernetes 只会将客户端流量路由到具有健康活跃度探测的 Pod。

我们将使用官方 Tomcat 镜像的部署来演示这一点：

  apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: tomcat-deployment-rolling-update
spec:
  replicas: 2
  template:
    metadata:
      labels:
        app: tomcat
        role: rolling-update
    spec:
      containers:
      - name: tomcat-container
        image: tomcat:${TOMCAT_VERSION}
        ports:
        - containerPort: 8080
        readinessProbe:
          httpGet:
            path: /
            port: 8080
  strategy:
    type: RollingUpdate
    rollingUp      maxSurge: 50%

如果当前部署中运行的 Tomcat 是版本 7，我们可以替换 ${TOMCAT_VERSION}为 8 并将其应用到 Kubernetes 集群。使用 Kubernetes 持续部署或 Azure 容器服务插件，可以从简化部署过程的环境变量中获取值。

在幕后，Kubernetes 管理更新如下：

• 最初，所有 pod 都运行 Tomcat 7，前端服务将流量路由到这些 pod。
• 在滚动更新期间，Kubernetes 会删除一些 Tomcat 7 pod，并创建相应的新 Tomcat 8 pod。它确保：
  • 期望 Pod 中的大多数 maxUnavailablepod 都不可用，也就是说，至少 (  replicas-  maxUnavailable) 个 pod 应该为客户端流量提供服务，在我们的例子中是 2-1=1。
  • 在更新过程中最多可以创建 maxSurge 更多的 Pod，在我们的例子中是 2*50%=1。
• 取下一个 Tomcat 7 pod，并创建一个 Tomcat 8 pod。 Kubernetes 不会将流量路由到其中任何一个，因为它们的就绪探测尚未成功。
• 当就绪探针确定新的 Tomcat 8 pod 准备就绪时，Kubernetes 将开始将流量路由到它。这意味着在更新过程中，用户可能会同时看到旧服务和新服务。
• 滚动更新继续通过删除 Tomcat 7 pod 并创建 Tomcat 8 pod，然后将流量路由到准备好的 pod。
• 最后，所有 pod 都在 Tomcat 8 上。

滚动更新策略确保我们始终有一些就绪的后端 pod 服务于客户端请求，因此没有服务停机时间。但是，需要一些额外的注意：

• 在更新期间，旧 pod 和新 pod 都可以为请求提供服务。如果服务层中没有明确定义的会话亲和性，用户可能会被路由到新的 Pod，然后再返回旧的 Pod。
• 这还要求您为数据和 API 维护明确定义的向前和向后兼容性，这可能具有挑战性。
• Pod 在启动后可能需要很长时间才能为流量做好准备。可能在很长一段时间内使用比平时更少的后端 pod 来提供流量。一般来说，这应该不是问题，因为我们倾向于在服务不太繁忙时进行生产升级。但这也会延长问题 1 的时间窗口。
• 我们无法对正在创建的新 pod 进行全面测试。将应用程序更改从开发/质量保证环境转移到生产环境可能会带来破坏现有功能的持续风险。就绪探针可以做一些检查就绪的工作，但是它应该是一个可以定期运行的轻量级任务，不适合用作启动完整测试的入口点。

蓝/绿部署

引自 TechTarget 的蓝/绿部署

蓝/绿部署是发布软件代码的变更管理策略。蓝/绿部署（也称为 A/B 部署）需要两个完全相同的硬件环境，它们的配置方式完全相同。当一个环境处于活动状态并为最终用户提供服务时，另一个环境保持空闲状态。

容器技术提供了一个独立的环境来运行所需的服务，这使得创建蓝/绿部署所需的相同环境变得非常容易。松耦合的 Services - ReplicaSets，以及 Kubernetes 中基于标签/选择器的服务路由，使得在不同的后端环境之间切换变得很容易。使用这些技术，Kubernetes 中的蓝/绿部署可以完成如下：

• 在部署之前，基础设施准备如下：
  • 准备蓝色部署和绿色部署， TOMCAT_VERSION=7分别 TARGET_ROLE设置为蓝色或绿色。

  apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: tomcat-deployment-${TARGET_ROLE}
spec:
  replicas: 2
  template:
    metadata:
      labels:
        app: tomcat
        role: ${TARGET_ROLE}
    spec:
      containers:
      - name: tomcat-container
        image: tomcat:${TOMCAT_VERSION}
        ports:
        - containerPort: 8080
        readinessProbe:
          httpGet:
            path: /
            port: 8080

• 准备公共服务端点，该端点最初路由到后端环境之一，例如 TARGET_ROLE=blue.

  kind: Service
apiVersion: v1
metadata:
  name: tomcat-service
  labels:
    app: tomcat
    role: ${TARGET_ROLE}
    env: prod
spec:
  type: LoadBalancer
  selector:
    app: tomcat
    role: ${TARGET_ROLE}
  ports:
    - port: 80
      targetPort: 8080

• 或者，准备一个测试端点，以便我们可以访问后端环境进行测试。它们类似于公共服务端点，但它们仅供开发/运营团队内部访问。

  kind: Service
apiVersion: v1
metadata:
  name: tomcat-test-${TARGET_ROLE}
  labels:
    app: tomcat
    role: test-${TARGET_ROLE}
spec:
  type: LoadBalancer
  selector:
    app: tomcat
    role: ${TARGET_ROLE}
  ports:
    - port: 80
      targetPort: 8080

• 在非活动环境中更新应用程序，比如绿色环境。在部署配置中设置 TARGET_ROLE=green和更新绿色环境。 TOMCAT_VERSION=8
• 通过测试端点测试部署， tomcat-test-green以确保绿色环境已准备好为客户端流量提供服务。
• 通过更新服务配置，将前端服务路由切换到绿色环境 TARGET_ROLE=green。
• 在公共端点上运行其他测试以确保其正常工作。
• 现在蓝色环境是空闲的，我们可以：
  • 将其保留在旧应用程序中，以便在新应用程序出现问题时我们可以回滚
  • 更新它以使其成为活动环境的热备份
  • 减少其副本数以节省占用的资源

与滚动更新相比，蓝/绿向上*公共服务要么路由到旧应用程序，要么路由到新应用程序，但绝不会同时路由两者。

• 新 Pod 准备就绪所需的时间不会影响公共服务质量，因为只有在所有新 Pod 都经过测试准备好后，流量才会被路由到新 Pod。
• 我们可以在新环境服务于任何公共交通之前对其进行全面测试。请记住，这是在生产中，测试不应污染实时应用程序数据。

Jenkins 自动化

Jenkins 提供易于设置的工作流程来自动化您的部署。借助 Pipeline支持，可以灵活地构建零停机部署工作流，并可视化部署步骤。为了方便 Kubernetes 资源的部署过程，我们发布了 Kubernetes Continuous Deploy和基于 kubernetes-client构建的 Azure 容器服务插件 . 您可以将资源部署到 Azure Kubernetes 服务 (AKS) 或通用 Kubernetes 集群，而无需 kubectl，它支持资源配置中的变量替换，因此您可以将特定于环境的资源部署到集群，而无需更新资源配置。我们创建了一个 Jenkins 管道来演示 AKS 的蓝/绿部署。流程如下：

• 预清洁：清洁工作区。
• SCM：从源代码控制管理系统中提取代码。
• 准备镜像：准备应用程序 docker 镜像并将它们上传到某个 Docker 存储库。
• 检查Env：确定驱动以下部署的活动和非活动环境。
• 部署：将新的应用资源配置部署到非活动环境。使用 Azure 容器服务插件，这可以通过以下方式完成：

  acsDeploy azureCredentialsId: 'stored-azure-credentials-id',
          configFilePaths: "glob/path/to/*/resource-config-*.yml",
          containerService: "aks-name | AKS",
          resourceGroupName: "resource-group-name",
          enableConfigSubstitution: true

• 验证分阶段：验证部署到非活动环境以确保其正常工作。同样，请注意这是在生产环境中，因此请注意不要在测试期间污染实时应用程序数据。
• 确认：（可选）发送电子邮件通知以供手动用户批准以继续进行实际环境切换。
• Switch：将前端服务端点路由切换到非活动环境。这只是 AKS Kubernetes 集群的另一个服务部署。
• 验证产品：验证前端服务端点在新环境中是否正常工作。
• 后清理：对临时文件进行一些后清理。

对于滚动更新策略，只需将部署配置部署到 Kubernetes 集群，这是一个简单的一步。

放在一起

我们在 Azure 上构建了一个快速入门模板，以演示如何使用 Jenkins 对 AKS (Kubernetes) 进行零停机部署。转到 Kubernetes 上的 Jenkins 蓝绿部署，然后单击按钮部署到 Azure 以获取工作演示。该模板将提供：

• 具有以下资源的 AKS 群集：
  • 代表环境“蓝色”和“绿色”的两个类似部署。两者最初都是使用 tomcat:7 图像设置的。
  • 两个测试端点服务（ tomcat-test-blue和 tomcat-test-green），它们连接到相应的部署，可用于测试部署是否已准备好用于生产。
  • 一个生产服务端点 (  tomcat-service)，它代表用户将访问的公共端点。最初它路由到“蓝色”环境。
• 在 Ubuntu 16.04 VM 上运行的 Jenkins 主服务器，配置了 Azure 服务主体凭据。Jenkins 实例有两个示例作业：
  • AKS Kubernetes 滚动更新部署管道，用于演示到 AKS 的滚动更新部署。
  • AKS Kubernetes 蓝/绿部署管道，用于演示 AKS 的蓝/绿部署。
  • 我们没有在快速入门模板中包含电子邮件确认步骤。要添加它，您需要在 Jenkins 系统配置中配置电子邮件 SMTP 服务器详细信息，然后在 Switch 之前添加一个 Pipeline 阶段：

  stage('Confirm') {
    mail (to: '[email protected]',
        subject: "Job '${env.JOB_NAME}' (${env.BUILD_NUMBER}) is waiting for input",
        body: "Please go to ${env.BUILD_URL}.")
    input 'Ready to go?'
}

按照 步骤设置资源，您可以通过启动 Jenkins 构建作业进行尝试。