Kubernetes 系列【11】控制器：Deployment（无状态部署控制器）

1. 概述

Deployment是K8s 最常用的控制器，专门管理无状态应用，比如，Nginx、SpringBoot后端、网关等。

Deployment不直接管理Pod，而是创建、管理多个ReplicaSet，由ReplicaSet真正管控Pod副本。ReplicaSet提供副本维持、标签筛选管控、缩容清理等能力。

核心能力：

• 故障自愈：持续比对replicas期望副本数，Pod异常丢失时自动新建补齐，无需人工操作。
• 水平扩缩容：修改spec.replicas手动调整实例，搭配HPA可基于指标自动弹性扩缩。
• 滚动更新：更新配置生成新ReplicaSet，先启动新Pod就绪，再逐步销毁旧Pod，服务不中断。
• 版本回滚：自动留存历史ReplicaSet，发布故障时一键切回稳定版本快速恢复业务。
• 多版本历史留存：持久保存各发布版本ReplicaSet，用于发布记录追溯、故障复盘。布对应的ReplicaSet，支持查看历次发布配置、Pod版本，用于发布记录追溯、故障复盘。

✅ 适合：无状态应用，业务无本地持久化数据，数据存外部Redis/MySQL

❌ 不适合：有状态业务，MySQL、Redis集群、ZooKeeper等，这类业务使用StatefulSet

注意：请勿手动管理Deployment所属的ReplicaSet。如果你的业务场景不在本文覆盖范围内，可以前往Kubernetes官方代码仓库提交issue。

2. 无状态应用

无状态应用（Stateless Application）指服务实例本身不保存用户会话、业务上下文与持久业务数据，单次请求不依赖上一次请求留存的信息，所有状态数据统一交由数据库、缓存等外部组件存储，各实例完全对等、可任意替换的应用程序。

关键特征：

1. 无本地存储依赖：不在容器/服务器本地磁盘存业务数据、用户会话、缓存；本地磁盘仅放程序二进制、日志（日志可收集到外部）。
2. 请求独立无上下文绑定：用户第一次请求到实例 A ，第二次调度到实例 B ，结果完全一致，不需要粘滞会话。
3. 实例完全可替换：任意销毁、新增、重启实例，业务不受影响；扩容缩容简单。
4. 水平扩展友好：直接多副本部署，负载均衡分发流量。
5. 故障自愈成本低：实例挂了，调度器直接新建Pod顶替，无需同步状态。

和有状态应用对比：

无状态典型例子：

• 后端API服务（SpringBoot、Node.js接口）
• 静态资源服务器Nginx
• 网关、鉴权服务、定时任务worker
• 图片处理、文件转换临时服务

不属于无状态（有状态）典型例子：

• 单机MySQL、Redis本地持久化集群
• 分布式注册中心ZooKeeper、etcd
• 需要本地持久卷存数据的中间件

云原生K8s无状态应用最佳实践：

1. 配置、密钥外置：使用ConfigMap、Secret，不打包进镜像
2. 持久数据全部外置：会话存Redis，业务数据存数据库
3. 日志输出：由EFK/Loki统一采集，不落地本地盘
4. 不使用本地缓存做持久会话
5. 使用Deployment部署，多副本，随时滚动更新、重启
6. 健康检查只校验服务端口/接口，不依赖本地数据

3. 工作原理

极简流程总结：

• 初次创建：Deployment→ 生成ReplicaSet-v1→ReplicaSet创建指定数量Pod，维持副本稳定。
• 滚动更新：修改Pod模板 → 新建ReplicaSet-v2→ 分批启动新Pod、销毁旧Pod，零停机切换。
• 故障自愈：Pod异常消失 → 对应ReplicaSet自动新建Pod，补齐replicas数量。
• 水平扩缩容：调整spec.replicas→ 活跃ReplicaSet增减Pod，实现弹性扩容缩容。
• 版本回滚：指定历史版本 → 切换至旧ReplicaSet→ 逐步下线新版本Pod，恢复业务。

3.1 首次创建

1. 用户提交DeploymentYAML，声明期望状态：replicas副本数、Pod模板、更新策略等；
2. APIServer存储资源对象至etcd，Deployment控制器持续监听资源变更；
3. Deployment控制器检测到无对应ReplicaSet，自动创建第一个副本集ReplicaSet-v1；
4. ReplicaSet-v1执行调谐循环，根据标签匹配创建对应数量Pod；
5. 持续循环校验：ReplicaSet保证Pod数量等于配置副本数，完成初始部署。

3.2 滚动更新发布

1. 修改Deployment内Pod模板（镜像、环境变量、资源限制等）并提交；
2. Deployment控制器感知配置变更，生成全新副本集ReplicaSet-v2；
3. 控制器按更新策略（maxSurge/maxUnavailable）执行分步调度：
   • 先扩容新版本ReplicaSet-v2，启动新Pod，等待就绪探针就绪；
   • 逐步缩容旧版本ReplicaSet-v1，删除旧Pod；
4. 交替完成新旧实例切换，全过程新旧Pod并行，业务不中断；
5. 更新完成后保留历史ReplicaSet-v1，用于后续版本回滚。

3.3 故障自愈流程

1. Node节点故障、Pod OOM、Pod被驱逐，导致运行Pod数量少于replicas；
2. 对应ReplicaSet实时比对期望副本数与实际Pod数量，发现差值；
3. ReplicaSet自动新建同规格Pod，补齐至目标副本数；
4. Deployment无需干预，由底层ReplicaSet完成自愈动作。

3.4 水平扩缩容

1. 修改Deployment的spec.replicas数值；
2. Deployment将副本数同步给所有关联ReplicaSet；
3. 当前活跃版本的ReplicaSet根据差值新增/删除Pod，完成扩容/缩容；
4. 搭配HPA时可自动触发该流程，基于监控指标动态调整副本。

3.5 版本回滚

1. 执行回滚命令，指定历史稳定版本；
2. Deployment控制器切换活跃副本集为历史ReplicaSet-v1；
3. 逐步缩容新版本ReplicaSet-v2，扩容旧版本ReplicaSet-v1；
4. 完成新旧Pod切换，业务快速恢复至发布前状态。

HPA全称Horizontal Pod Autoscaler，中文：Pod水平自动扩缩控制器，它会根据指定指标，自动管理所有实现了scale子资源的资源对象的副本数量。是扩缩控制器，只负责自动修改副本数，不运行任何业务容器、不产生Pod，因此不属于工作负载。

4. 运行状态

Deployment发布生命周期分为三种核心状态：

• 发布中Progressing
• 发布完成Complete
• 发布停滞Failed

4.1 发布中 Progressing

触发场景（任意一种即进入该状态）：

1. 创建全新ReplicaSet（首次部署/镜像更新）
2. 扩容当前最新ReplicaSet
3. 缩容历史旧ReplicaSet
4. 新Pod就绪，且稳定运行满足minReadySeconds

控制器在status.conditions写入状态标识：type: Progressing, status: True

4.2 发布完成 Complete

全部条件同时满足才判定发布完成：

1. 所有Pod已更新至最新Pod模板
2. 全部副本标记为可用Available
3. 集群无旧版本Pod运行

状态标识：Progressing: True，reason: NewReplicaSetAvailable，该状态会持续保留，直到下一次更新触发。

4.3 发布失败 Failed

发布超时无法完成，进入停滞失败状态。

常见故障诱因：镜像拉取失败、就绪探针故障、资源配额不足、权限缺失、容器参数异常、镜像名称错误。

超时控制：

• spec.progressDeadlineSeconds发布超时阈值，默认600秒（10分钟）；
• 超时后：Progressing: False，reason: ProgressDeadlineExceeded。

关键说明：

1. Kubernetes仅标记失败状态，不会自动回滚，需上层CI/CD工具监听状态实现自动回滚；
2. Deployment处于paused: true暂停状态时，不计算发布超时；
3. 临时故障修复后，控制器自动继续发布，状态恢复正常；
4. 命令执行失败返回非0退出码1。

发布失败不限制操作，支持：扩缩容、版本回滚、暂停发布、修改Pod模板。

5. 资源清单编写规范

Nginx Deployment模板（覆盖全部规约字段）示例：

# Deployment API 稳定版本apiVersion:apps/v1# 资源类型固定Deploymentkind:Deploymentmetadata:name:nginx-deploymentlabels:app:nginxspec:# 期望运行副本数，可选，默认1replicas:3# 标签选择器，创建后不可修改，必须匹配template标签selector:matchLabels:app:nginx# Pod模板，spec内必填项template:metadata:labels:app:nginx# 与selector标签严格一致spec:# 重启策略仅允许AlwaysrestartPolicy:Alwayscontainers:-name:nginximage:nginx:1.24-alpineports:-containerPort:80# 滚动更新策略配置strategy:type:RollingUpdaterollingUpdate:maxUnavailable:1maxSurge:1# Pod就绪后稳定5秒才算可用minReadySeconds:5# 发布超时10分钟progressDeadlineSeconds:600# 保留5个历史版本用于回滚revisionHistoryLimit:5# 不暂停发布，修改模板自动触发更新paused:false

5.1 通用顶层基础规范

所有K8s资源通用三要素：apiVersion、kind、metadata。

核心配置段spec不可省略：

1. spec内两个强制字段：spec.templatePod模板、spec.selector标签筛选器；
2. Pod模板语法与独立Pod完全一致，无需填写apiVersion/kind；
3. Pod模板强制配置标签、重启策略；restartPolicy仅允许Always（默认）；
4. spec.replicas可选，期望副本数，默认1；
5. selector约束：必须与Pod模板标签完全匹配；创建后不可修改；禁止多控制器共用同一selector，避免争抢Pod。

5.2 更新策略

spec.strategy.type二选一：Recreate/RollingUpdate（默认滚动更新）

5.2.1 Recreate 重建更新

逻辑：先销毁全部旧Pod，再创建新版本Pod；

缺点：发布期间服务完全中断；

补充：手动删除Pod时，ReplicaSet会立刻重建，不会等待旧Pod终止；若需要严格限制最大实例数，选用StatefulSet。

5.2.2 RollingUpdate 滚动更新（默认）

两个核心参数控制发布节奏：

• maxUnavailable：更新期间最大不可用副本；支持数值/百分比，百分比向下取整，默认25%；
• maxSurge：发布峰值可额外扩容的副本；支持数值/百分比，百分比向上取整，默认25%。

5.3 扩展配置字段

扩展配置字段说明：

1. progressDeadlineSeconds：发布超时秒数，数值必须大于minReadySeconds；
2. minReadySeconds：Pod就绪后稳定运行时长，达标才判定可用，默认0；
3. terminatingReplicas（v1.35 Beta，默认开启）
   • 开启特性门控DeploymentReplicaSetTerminatingReplicas；
   • 缩容删除Pod进入Terminating销毁阶段，短期总Pod数会临时超过replicas；
   • 在Deploymentstatus中查看正在销毁的实例数量。
4. paused：布尔值，true=暂停发布，修改Pod模板不会触发滚动更新；false=正常发布。

5.4 历史版本清理策略

spec.revisionHistoryLimit：控制保留可回滚的旧 ReplicaSet 数量，超出自动 GC 回收，默认10。

1. 设为0：全部清理历史副本集，无法执行回滚；
2. 长期卡住的发布，历史ReplicaSet数量可能临时超出该阈值。

查看历史版本命令：

kubectl rollouthistorydeployment/nginx-deployment# 回滚到指定版本kubectl rollout undo deployment/nginx-deployment --to-revision=2