Kubernetes Deployment 详解

1. 什么是 Deployment？

Deployment 是 Kubernetes 中最常用的工作负载资源之一，用于声明式地管理 Pod 和 ReplicaSet。它描述了一个期望状态（比如运行几个副本、使用哪个容器镜像等），并由 Kubernetes 控制器逐渐将实际状态调整为期望状态。

简单来说，Deployment 让你可以轻松地：

• 部署一个应用
• 更新应用（滚动更新）
• 回滚到之前的版本
• 扩缩容应用的副本数
• 暂停/恢复更新

它是管理无状态应用的理想选择（例如 Web 服务器、API 服务等）。

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2. 核心概念：Pod、ReplicaSet 与 Deployment 的关系

• Pod：Kubernetes 中最小的部署单元，包含一个或多个容器。
• ReplicaSet：确保指定数量的 Pod 副本始终运行。如果 Pod 意外删除，ReplicaSet 会创建新的 Pod 来维持副本数。
• Deployment：在 ReplicaSet 之上提供了更高级的功能，如滚动更新、回滚、版本记录等。Deployment 管理 ReplicaSet，而 ReplicaSet 管理 Pod。

关系图：

Deployment → 管理 → ReplicaSet (v1) → 管理 → Pod (3个副本)
           ↘ 管理 → ReplicaSet (v2) → 管理 → Pod (3个副本)

当更新 Deployment 时，会创建一个新的 ReplicaSet，并逐步替换旧的 ReplicaSet。

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3. Deployment 的主要功能

3.1 声明式部署与更新

你只需在 YAML 文件中定义应用的期望状态（镜像、副本数、环境变量等），然后 kubectl apply 即可。Kubernetes 会确保实际状态与期望状态一致。

3.2 滚动更新

更新镜像或配置时，Deployment 会逐步替换旧 Pod，而不是一次性全部停止。这样可以保证服务在更新过程中不中断。

3.3 回滚

如果新版本出现问题，可以快速回滚到之前的稳定版本。Deployment 保留了历史版本记录（ReplicaSet）。

3.4 扩缩容

手动或自动调整副本数量，以应对负载变化。

3.5 暂停/恢复更新

在更新过程中可以暂停，以便进行多次修改（如调整环境变量），然后恢复更新，避免不必要的滚动。

3.6 自愈

当 Pod 或节点故障时，Deployment 会自动重新调度 Pod，确保副本数符合期望。

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4. Deployment 的工作原理

Deployment 控制器通过控制循环不断对比期望状态（Deployment 对象中定义的）和实际状态（集群中运行的 Pod/ReplicaSet）。步骤如下：

1. 用户创建或更新一个 Deployment 对象（通过 API Server）。
2. Deployment 控制器监听到变化，根据期望副本数创建对应的 ReplicaSet。
3. ReplicaSet 控制器负责创建/删除 Pod，使 Pod 数量达到期望值。
4. 如果更新 Deployment（如修改镜像），控制器会创建新的 ReplicaSet，并按照滚动更新策略逐步缩减旧 ReplicaSet 的副本，同时增加新 ReplicaSet 的副本。
5. 滚动过程中，旧的 ReplicaSet 不会被立即删除，而是保留下来（可配置保留数量），以便回滚。

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5. Deployment 的 YAML 定义示例

下面是一个典型的 Deployment YAML 文件，部署一个 Nginx 服务：

apiVersion: apps/v1                # 使用的 Kubernetes API 版本，apps/v1 是 Deployment 的稳定版本
kind: Deployment                   # 资源类型，表示这是一个 Deployment 控制器
metadata:                          # 元数据部分，用于标识该 Deployment
  name: nginx-deployment           # Deployment 的名称，在整个命名空间中唯一
  labels:                          # 为该 Deployment 添加标签，便于筛选和管理
    app: nginx                     # 标签键值对，此处表示该 Deployment 属于 nginx 应用
spec:                              # 期望的状态描述，定义 Deployment 的详细配置
  replicas: 3                      # 期望运行的 Pod 副本数量，确保有 3 个 Pod 运行
  selector:                        # 标签选择器，用于确定哪些 Pod 归该 Deployment 管理
    matchLabels:                   # 基于标签匹配的规则，必须与 Pod 模板的标签一致
      app: nginx                   # 选择标签为 app=nginx 的 Pod
  template:                        # Pod 模板，定义了要创建的 Pod 的规范
    metadata:                      # Pod 的元数据
      labels:                      # 为 Pod 添加标签，必须与 selector 匹配
        app: nginx                 # Pod 的标签，标识该 Pod 属于 nginx 应用
    spec:                          # Pod 的规格定义
      containers:                  # 容器列表，可以包含多个容器
      - name: nginx                # 容器名称，在 Pod 内唯一
        image: nginx:1.21          # 容器使用的镜像及版本标签
        ports:                     # 容器端口声明
        - containerPort: 80        # 容器监听的端口号，此处为 80（HTTP 默认端口）
  strategy:                        # 更新策略，定义如何升级 Pod（可选字段）
    type: RollingUpdate            # 更新类型为滚动更新，逐步替换旧版本 Pod
    rollingUpdate:                 # 滚动更新的具体配置
      maxSurge: 1                  # 更新期间允许超出期望副本数的最大 Pod 数（可以是绝对数或百分比）
      maxUnavailable: 1            # 更新期间允许不可用 Pod 的最大数量（可以是绝对数或百分比）
  revisionHistoryLimit: 10         # 保留的历史版本（旧 ReplicaSet）数量，用于回滚操作

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6. 常用操作命令（kubectl）

6.1 创建 Deployment

kubectl create -f nginx-deployment.yaml
# 或者直接使用命令创建（不推荐用于复杂配置）
kubectl create deployment nginx --image=nginx:1.21 --replicas=3

6.2 查看 Deployment 状态

kubectl get deployments
kubectl describe deployment nginx-deployment

6.3 更新 Deployment（如修改镜像版本）

kubectl set image deployment/nginx-deployment nginx=nginx:1.22
# 或者编辑 YAML 文件后 apply
kubectl edit deployment nginx-deployment

6.4 查看滚动更新状态

kubectl rollout status deployment/nginx-deployment

6.5 扩缩容

kubectl scale deployment/nginx-deployment --replicas=5

6.6 回滚

# 回滚到上一个版本
kubectl rollout undo deployment/nginx-deployment

# 回滚到指定版本（先查看历史版本）
kubectl rollout history deployment/nginx-deployment
kubectl rollout undo deployment/nginx-deployment --to-revision=2

6.7 暂停和恢复滚动更新

# 暂停
kubectl rollout pause deployment/nginx-deployment

# 进行多次修改（如更新镜像、添加环境变量）
kubectl set image deployment/nginx-deployment nginx=nginx:1.23
kubectl set env deployment/nginx-deployment DEBUG=true

# 恢复更新
kubectl rollout resume deployment/nginx-deployment

6.8 查看历史版本详情

kubectl rollout history deployment/nginx-deployment --revision=2

6.9 删除 Deployment

kubectl delete deployment nginx-deployment

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7. 滚动更新策略详解

滚动更新通过 strategy.rollingUpdate 下的两个参数控制：

• maxSurge：在更新过程中，允许超出期望副本数的最大 Pod 数量。可以是绝对数字（如 1）或百分比（如 25%）。例如，副本数为 3，maxSurge=1 表示更新过程中最多可以有 4 个 Pod 同时运行。
• maxUnavailable：更新过程中允许不可用的最大 Pod 数量。同样可以是数字或百分比。例如，副本数为 3，maxUnavailable=1 表示最多允许 1 个 Pod 不可用，因此至少有 2 个 Pod 提供服务。

这两个参数共同决定了滚动更新的速度与可用性。默认值分别是 25% 和 25%。

滚动更新过程示例：

假设副本数为 3，maxSurge=1, maxUnavailable=1：

1. 新 ReplicaSet 创建 1 个新 Pod（maxSurge=1），此时总 Pod 数变为 4。
2. 旧 ReplicaSet 销毁 1 个旧 Pod，使得不可用 Pod 数 = 1（maxUnavailable=1）。
3. 新 ReplicaSet 再创建 1 个新 Pod，总 Pod 数又变为 4。
4. 旧 ReplicaSet 再销毁 1 个旧 Pod，如此反复，直到所有 Pod 都是新版本。

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8. 回滚机制

Deployment 每次更新（如修改模板）都会生成一个新的 ReplicaSet，并保留旧的 ReplicaSet（默认保留 10 个历史版本）。回滚时，只需将目标 ReplicaSet 的副本数调回期望值，同时缩减当前 ReplicaSet 即可。

重要：

• 只有更新 Deployment 的 spec.template（Pod 模板）才会触发版本记录。扩缩容等操作不会增加版本。
• 可以通过 revisionHistoryLimit 设置保留的历史版本数量。

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9. 使用场景

• 无状态应用部署：如 Web 服务、API 后端、微服务等。
• 快速迭代发布：通过滚动更新实现零停机发布。
• 弹性伸缩：结合 HPA（Horizontal Pod Autoscaler）自动扩缩容。
• 蓝绿部署/金丝雀发布：通过控制新旧 ReplicaSet 的副本比例实现（需要更精细的控制时，可借助 Service 的标签选择器）。

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10. 最佳实践与注意事项

1. 不要在 Pod 模板中使用固定标签：Deployment 的 selector 是固定的，如果修改了 Pod 模板的标签，可能导致新的 ReplicaSet 无法匹配 selector，从而更新失败。
2. 合理设置滚动更新参数：根据业务容忍度调整 maxSurge 和 maxUnavailable。对可用性要求高的服务，建议设置 maxUnavailable=0，并配合 maxSurge 控制更新速度。
3. 保留历史版本：revisionHistoryLimit 默认值为 10，对于频繁更新的服务，可适当增大，但不要过大以免 etcd 存储压力。
4. 使用声明式配置：尽量用 YAML 文件而非命令式命令管理 Deployment，便于版本控制和自动化。
5. 监控滚动更新状态：使用 kubectl rollout status 或 CI/CD 集成，确保更新成功。
6. 避免直接修改由 Deployment 管理的 ReplicaSet 或 Pod：所有变更都应通过 Deployment 进行，否则会被控制器覆盖。
7. 资源请求和限制：为容器设置资源请求（requests）和限制（limits），有助于调度和稳定性。
8. 就绪探针（readinessProbe）：配置就绪探针可以确保新 Pod 真正准备好服务后才切换流量，避免更新期间服务中断。
9. 优雅终止：容器应正确处理 SIGTERM （Unix/Linux 软件终止信号）信号，并留出足够时间完成正在处理的请求（通过 terminationGracePeriodSeconds）。

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11. 总结

Deployment 是 Kubernetes 中管理无状态应用的核心资源。它通过 ReplicaSet 确保 Pod 数量符合期望，并提供了声明式更新、滚动升级、回滚、扩缩容等高级功能。理解 Deployment 的工作原理和配置选项，能够帮助你高效、可靠地在 Kubernetes 上部署和运维应用。