Kubernetes deploy strategies

https://habr.com/ru/companies/flant/articles/471620/

Стратегии деплоя в Kubernetes: rolling, recreate, blue/green, canary, dark (A/B-тестирование)

Прим. перев.: Этот обзорный материал от Weaveworks знакомит с наиболее популярными стратегиями выката приложений и рассказывает о возможности реализации наиболее продвинутых из них с помощью Kubernetes-оператора Flagger. Он написан простым языком и содержит наглядные схемы, позволяющие разобраться в вопросе даже начинающим инженерам.

Схема взята из другого обзора стратегий выката, сделанного в Container Solutions

Одной из самых больших проблем при разработке cloud native-приложений сегодня является ускорение деплоя. При микросервисном подходе разработчики уже работают с полностью модульными приложениями и проектируют их, позволяя различным командам одновременно писать код и вносить изменения в приложение.

Более короткие и частые развертывания имеют следующие преимущества:

• Сокращается время выхода на рынок.

• Новые функции быстрее попадают к пользователям.

• Отклики пользователей быстрее доходят до команды разработчиков. Это означает, что команда может дополнять функции и исправлять проблемы более оперативно.

• Повышается моральный дух разработчиков: с большим количеством функций в разработке интереснее работать.

Но с увеличением частоты релизов также повышаются шансы негативно повлиять на надежность приложения или пользовательский опыт. Именно поэтому командам эксплуатации и DevOps важно строить процессы и управлять стратегиями развертывания таким образом, чтобы минимизировать риск для продукта и пользователей. (Узнать больше об автоматизации CI/CD-пайплайна можно здесь.)

В этой публикации мы обсудим различные стратегии деплоя в Kubernetes, в том числе rolling-развертывания и более продвинутые методы, такие как канареечные (canary) выкаты и их разновидности.

Стратегии деплоя

Существует несколько различных типов стратегий развертывания, коими можно воспользоваться в зависимости от цели. Например, вам может потребоваться внести изменения в некое окружение для дальнейшего тестирования, или в подмножество пользователей/клиентов, или возникнет необходимость провести ограниченное тестирование на пользователях, прежде чем сделать некую функцию общедоступной.

Rolling (постепенный, «накатываемый» деплой)

Это стандартная стратегия развертывания в Kubernetes. Она постепенно, один за другим, заменяет pod'ы со старой версией приложения на pod'ы с новой версией — без простоя кластера.

Kubernetes дожидается готовности новых pod'ов к работе (проверяя их с помощью readiness-тестов), прежде чем приступить к сворачиванию старых. Если возникает проблема, подобное накатываемое обновление можно прервать, не останавливая всего кластера. В YAML-файле с описанием типа deployment'а новый образ заменяет собой старый образ:

apiVersion: apps/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: awesomeapp
spec:
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: awesomeapp
    spec:
      containers:
        - name: awesomeapp
          image: imagerepo-user/awesomeapp:new
          ports:
            - containerPort: 8080

Параметры накатываемого обновления можно уточнить в файле манифеста:

spec:
  replicas: 3
  strategy:
    type: RollingUpdate
    rollingUpdate:
       maxSurge: 25%
       maxUnavailable: 25%
  template:
  ...

Recreate (повторное создание)

В этом простейшем типе развертывания старые pod'ы убиваются все разом и заменяются новыми:

Соответствующий манифест выглядит примерно так:

spec:
  replicas: 3
  strategy:
    type: Recreate
  template:
  ...

Blue/Green (сине-зеленые развертывания)

Стратегия сине-зеленого развертывания (иногда ее ещё называют red/black, т.е. красно-чёрной) предусматривает одновременное развертывание старой (зеленой) и новой (синей) версий приложения. После размещения обеих версий обычные пользователи получают доступ к зеленой, в то время как синяя доступна для QA-команды для автоматизации тестов через отдельный сервис или прямой проброс портов:

apiVersion: apps/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: awesomeapp-02
spec:
  template:
    metadata:
      labels:
        app: awesomeapp
        version: "02"

После того, как синяя (новая) версия была протестирована и был одобрен ее релиз, сервис переключается на неё, а зеленая (старая) сворачивается:

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: awesomeapp
spec:
  selector:
    app: awesomeapp
    version: "02"
...

Canary (канареечные развертывания)

Канареечные выкаты похожи на сине-зеленые, но лучше управляются и используют прогрессивный поэтапный подход. К этому типу относятся несколько различных стратегий, включая «скрытые» запуски и А/В-тестирование.

Эта стратегия применяется, когда необходимо испытать некую новую функциональность, как правило, в бэкенде приложения. Суть подхода в том, чтобы создать два практически одинаковых сервера: один обслуживает почти всех пользователей, а другой, с новыми функциями, обслуживает лишь небольшую подгруппу пользователей, после чего результаты их работы сравниваются. Если все проходит без ошибок, новая версия постепенно выкатывается на всю инфраструктуру.

Хотя данную стратегию можно реализовать исключительно средствами Kubernetes, заменяя старые pod'ы на новые, гораздо удобнее и проще использовать service mesh вроде Istio.

Например, у вас может быть два различных манифеста в Git: обычный с тегом 0.1.0 и «канареечный» с тегом 0.2.0. Изменяя веса в манифесте виртуального шлюза Istio, можно управлять распределением трафика между этими двумя deployment'ами:

Пошаговое руководство по реализации канареечных развертываний с помощью Istio можно найти в материале GitOps Workflows with Istio. (Прим. перев.: Мы также переводили материал про канареечные выкаты в Istio здесь.)

Канареечные развертывания с Weaveworks Flagger

Weaveworks Flagger позволяет легко и эффективно управлять канареечными выкатами.

Flagger автоматизирует работу с ними. Он использует Istio или AWS App Mesh для маршрутизации и переключения трафика, а также метрики Prometheus для анализа результатов. Кроме того, анализ канареечных развертываний можно дополнить вебхуками для проведения приемочных (acceptance) тестов, нагрузочных и любых других типов проверок.

На основе deployment'а Kubernetes и, при необходимости, горизонтального масштабирования pod'ов (HPA), Flagger создает наборы из объектов (deployment'ы Kubernetes, сервисы ClusterIP и виртуальные сервисы Istio или App Mesh) для проведения анализа и реализации канареечных развертываний:

Реализуя контур управления (control loop), Flagger постепенно переключает трафик на канареечный сервер, параллельно измеряя ключевые показатели производительности, такие как доля успешных HTTP-запросов, средняя продолжительность запроса и здоровье pod'ов. Основываясь на анализе KPI (ключевых показателей эффективности), канареечная часть либо растет, либо сворачивается, и результаты анализа публикуются в Slack. Описание и демонстрацию этого процесса можно найти в материале Progressive Delivery for App Mesh.

Dark (скрытые) или А/В-развертывания

Скрытое развертывание — еще одна вариация канареечной стратегии (с ней, кстати, Flagger тоже может работать). Разница между скрытым и канареечным развертыванием состоит в том, что скрытые развертывания имеют дело с фронтендом, а не с бэкендом, как канареечные.

Другое название этих развертываний — А/В-тестирование. Вместо того, чтобы открыть доступ к новой функции всем пользователям, ее предлагают лишь ограниченной их части. Обычно эти пользователи не знают, что выступают тестерами-первопроходцами (отсюда и термин «скрытое развертывание»).

С помощью переключателей функциональности (feature toggles) и других инструментов можно следить за тем, как пользователи взаимодействуют с новой функцией, увлекает ли она их или они считают новый пользовательский интерфейс запутанным, и другими типами метрик.

Flagger и A/B-развертывания

Помимо маршрутизации с учётом весов, Flagger также может направлять на канареечный сервер трафик в зависимости от параметров HTTP. При А/В-тестировании можно использовать заголовки HTTP или файлы cookie для перенаправления определенного сегмента пользователей. Это особенно эффективно в случае frontend-приложений, требующих привязки сессии к серверу (session affinity). Дополнительную информацию можно найти в документации Flagger.

Автор выражает благодарность Stefan Prodan, инженеру Weaveworks (и создателю Flagger), за все эти потрясающие схемы деплоя.