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使用 Jenkins 在 Kubernetes 中实现零停机部署

作者：Kaitlyn Barnard | 2018年4月30日，星期一

自从我们将 Kubernetes 持续部署和 Azure 容器服务插件添加到 Jenkins 更新中心以来，“如何创建零停机部署”是我们最常被问到的问题之一。我们在 Azure 上创建了一个快速入门模板，以演示零停机部署的样子。虽然我们的示例使用了 Azure，但这个概念很容易应用于所有 Kubernetes 安装。

滚动更新

Kubernetes 支持滚动更新策略，以逐步替换旧的 Pod，同时继续为客户端提供服务，而不会导致停机。要执行滚动更新部署，请执行以下操作：

将 .spec.strategy.type 设置为 RollingUpdate（默认值）。
将 .spec.strategy.rollingUpdate.maxUnavailable 和 .spec.strategy.rollingUpdate.maxSurge 设置为一些合理的值。
- maxUnavailable：在更新过程中可能不可用的 Pod 的最大数量。这可以是绝对数量或副本计数的百分比；默认值为 25%。
- maxSurge：在所需的 Pod 数量之上可以创建的最大 Pod 数量。同样，这可以是绝对数量或副本计数的百分比；默认值为 25%。
为你的服务容器配置 readinessProbe，以帮助 Kubernetes 确定 Pod 的状态。Kubernetes 将仅将客户端流量路由到具有健康存活探针的 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 版本为 7，我们可以将 ${TOMCAT_VERSION} 替换为 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，可以从环境变量中获取该值，从而简化部署过程。

在后台，Kubernetes 像这样管理更新

Deployment Process

最初，所有 Pod 都运行 Tomcat 7，并且前端服务将流量路由到这些 Pod。
在滚动更新期间，Kubernetes 会关闭一些 Tomcat 7 Pod，并创建相应的新 Tomcat 8 Pod。它确保
- 所需 Pod 中最多 maxUnavailable 个 Pod 不可用，也就是说，至少应有 (replicas - maxUnavailable) 个 Pod 为客户端流量提供服务，在我们的例子中为 2-1=1 个。
- 在更新过程中最多可以创建 maxSurge 个 Pod，即在我们的例子中为 2*50%=1 个。
一个 Tomcat 7 Pod 被关闭，并创建一个 Tomcat 8 Pod。Kubernetes 不会将流量路由到任何一个 Pod，因为它们的就绪探针尚未成功。
当新的 Tomcat 8 Pod 准备就绪（由就绪探针确定）时，Kubernetes 将开始将流量路由到它。这意味着在更新过程中，用户可能会看到旧服务和新服务。
滚动更新继续关闭 Tomcat 7 Pod 并创建 Tomcat 8 Pod，然后将流量路由到准备就绪的 Pod。
最后，所有 Pod 都运行 Tomcat 8。

滚动更新策略确保我们始终有一些就绪的后端 Pod 为客户端请求提供服务，因此不会发生服务停机。但是，需要格外小心

在更新期间，旧 Pod 和新 Pod 都可能为请求提供服务。如果服务层中没有明确定义的会话亲和性，则用户可能会被路由到新 Pod，然后又返回到旧 Pod。
这也要求您为数据和 API 维护良好定义的前向和后向兼容性，这可能具有挑战性。
Pod 启动后可能需要很长时间才能准备好接收流量。可能会有一个很长的窗口期，在此期间，与平时相比，为流量提供服务的后端 Pod 较少。通常，这应该不是问题，因为我们倾向于在服务不那么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 进行全面的测试。将应用程序更改从开发/ QA 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。就绪探针可以执行一些工作来检查就绪情况，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

TechTarget 引用的蓝/绿部署

蓝/绿部署是一种用于发布软件代码的变更管理策略。蓝/绿部署（也可能称为 A/B 部署）需要两个配置完全相同的相同硬件环境。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。

容器技术提供了运行所需服务的独立环境，这使得创建蓝/绿部署中所需的相同环境变得非常容易。松散耦合的服务 - ReplicaSets 和 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容易。使用这些技术，Kubernetes 中的蓝/绿部署可以按如下方式进行

在部署之前，基础设施的准备工作如下：
- 准备蓝部署和绿部署，分别将 TOMCAT_VERSION=7 和 TARGET_ROLE 设置为 blue 或 green。

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，该端点最初路由到其中一个后端环境，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

可选地，准备一个测试端点，以便我们可以访问后端环境进行测试。它们与公共服务端点类似，但仅供开发/运维团队在内部访问。

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

更新非活动环境中的应用程序，例如绿色环境。在部署配置中设置 TARGET_ROLE=green 和 TOMCAT_VERSION=8 以更新绿色环境。
通过 tomcat-test-green 测试端点测试部署，以确保绿色环境已准备好为客户端流量提供服务。
通过使用 TARGET_ROLE=green 更新服务配置，将前端服务路由切换到绿色环境。
在公共端点上运行其他测试，以确保其正常工作。
现在，蓝色环境处于空闲状态，我们可以
- 使其保留旧应用程序，以便如果新应用程序出现问题，我们可以回滚
- 将其更新，使其成为活动环境的热备份
- 减少其副本计数以节省占用的资源

Resources

与滚动更新相比，蓝/绿更新* 公共服务要么路由到旧应用程序，要么路由到新应用程序，但永远不会同时路由到两者。

新 Pod 准备就绪所需的时间不会影响公共服务质量，因为只有当所有 Pod 都经过测试准备就绪后，流量才会路由到新 Pod。
我们可以在新环境为任何公共流量提供服务之前对其进行全面测试。请记住，这是在生产环境中，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你的部署。通过 Pipeline 支持，可以灵活地构建零停机部署工作流程，并可视化部署步骤。为了方便 Kubernetes 资源的部署过程，我们发布了基于 kubernetes-client 构建的 Kubernetes 持续部署和 Azure 容器服务插件。你可以将资源部署到 Azure Kubernetes Service (AKS) 或通用 Kubernetes 集群，而无需 kubectl，它支持资源配置中的变量替换，因此你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 Pipeline 来演示到 AKS 的蓝/绿部署。流程如下：

Jenkins Pipeline

预清理：清理工作区。
SCM：从源代码管理系统中提取代码。
准备镜像：准备应用程序 Docker 镜像并将其上传到某个 Docker 存储库。
检查环境：确定活动和非活动环境，这驱动了以下部署。
部署：将新的应用程序资源配置部署到非活动环境。使用 Azure 容器服务插件，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

验证暂存：验证到非活动环境的部署，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：可选地，发送电子邮件通知以进行手动用户批准，以继续进行实际的环境切换。
切换：将前端服务端点路由切换到非活动环境。这只是对 AKS Kubernetes 集群的另一个服务部署。
验证生产：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，这是一个简单的单步操作。

整合在一起

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“部署到 Azure”按钮以获取工作演示。此模板将预配

一个 AKS 集群，包含以下资源
- 两个类似的部署，分别代表“blue”和“green”环境。两者最初都设置为 tomcat:7 镜像。
- 两个测试端点服务 (tomcat-test-blue 和 tomcat-test-green) 连接到相应的部署，可用于测试部署是否已准备好投入生产使用。
- 一个生产服务端点 (tomcat-service) 代表用户将访问的公共端点。最初，它路由到 "蓝色" 环境。
一个在 Ubuntu 16.04 VM 上运行的 Jenkins master，并配置了 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，用于演示到 AKS 的蓝/绿部署。
- 我们在快速入门模板中没有包含电子邮件确认步骤。要添加该步骤，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“切换”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 构建作业来尝试。

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