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Kubernetes 中如何实现灰度发布

当你Kubernetes 集群中部署业务时，可以利用 Kubernetes 原生提供的灰度发布的方式去上线业务。这种方式是通过在旧版本和新版本的服务之间，定义一个差异化的 Label，根据不同版本之间的公共 Label 负载流量到后端 Pod，最终实现根据 Pod 的副本数控制流量的百分比。

如下图所示：用户定义了两个 Deployment 对象，其中旧版本名为 frontend-stable，有3个副本。新版本为 frontend-canary，有1个副本。此时定义了一个 Service 对象，使用它们之间公共的 Label 进行选择。这就使得用户访问 frontend 这个 Service 时，能以 3:1 的比例同时访问到两个版本。并且还可以通过调整副本数持续控制流量比例，最终达到完整上线。

Kubernetes 默认的实现方式在简单的部署场景下很有效，但是在一些复杂场景中，仍然会有较大的局限，如：

  1. 业务配置自动伸缩后，会直接影响灰度发布的流量比例
  2. 低百分比的流量控制占用资源高，如 1 % 的流量到达新版本，则至少需要 100 个副本
  3. 精确的流量分发控制，使访问到新版本中的用户一直是同一批，而不是某个用户访问时随机切换

Istio实现灰度发布

由于 Kubernetes 提供的灰度发布方式的局限性，在一些复杂场景下，我们就需要使用 Istio 来实现更精细的灰度发布策略。

简述

如下图所示，以 istio 官网提供的 Bookinfo 示例程序为例，给出了 virtual services 和 destination rules 的主要定义。其中 virtual services 主要分为两块，主机名和路由规则。主机名是客户端向服务发送请求时使用的一个或多个地址。当请求到达 virtual services 时，则会根据其定义的路由规则匹配。图中就定义了邮箱以 gmail.com 结尾的用户流量只会到达 v3 版本的实例上。而其他用户则以 1:9 的比例分别访问到 v1 和 v2 版本的服务。这种方式实现了精确的流量分发控制。

当用户流量来到 reviews.demo.svc.cluster.local 这个 Service 上时，可以看到 destination rules 的规则定义中根据 version 这个 label 定义了不同的实例集，实现了流量比例与副本数的解耦。不管 reviews-v1 有多少实例。始终只有 10% 的流量到达 destination rules 的 v1 子集中。这就解决了业务副本数与流量比例的冲突问题，也使得资源使用更加合理。

原理

Istio采用sidecar对应用流量进行了转发，通过Pilot下发路由规则，可以在不修改应用程序的前提下实现应用的灰度发布。

采用Istio后，可以通过定制路由规则将特定的流量（如指定特征的用户）导入新版本服务中，在生产环境下进行测试，同时通过渐进受控地导入生产流量，可以最小化升级中出现的故障对用户的影响。并且在同时存在新老版本服务时，还可根据应用压力对不同版本的服务进行独立的缩扩容，非常灵活。采用Istio进行灰度发布的流程如下图所示：

操作

部署testbbb服务 - Deployment&Service

旧服务版本为release-v1，新服务版本为release-v2，代码接口测试，返回环境变量PROJECT_VERSION，PROJECT_VERSION对应着当前服务的git版本

js
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router.get('/get', async (ctx) => {
  console.log('版本: ', process.env.PROJECT_VERSION);
  ctx.body = process.env.PROJECT_VERSION;
});
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apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: testbbb
  namespace: test-istio
spec:
  selector:
    app: testbbb
  ports:
    - port: 32000
      targetPort: 32000
      appProtocol: HTTP
  type: ClusterIP
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  # CI_COMMIT_REF_NAME为分支名称
  name: testbbb-${CI_COMMIT_REF_NAME}
  namespace: test-istio
  labels:
    app: testbbb
    # 对应加一个version label
    version: ${CI_COMMIT_REF_NAME}
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: testbbb
      # 对应加一个version label
      version: ${CI_COMMIT_REF_NAME}
  strategy:
    type: RollingUpdate
    rollingUpdate:
      maxUnavailable: 0
      maxSurge: 1
  template:
    metadata:
      annotations:
        sidecar.istio.io/inject: 'true'
      labels:
        app: testbbb
        # 对应加一个version label
        version: ${CI_COMMIT_REF_NAME}
    spec:
      containers:
        - image: $REGISTRY_ADDRESS/${NODE_ENV}/${CI_PROJECT_NAME}:v${CI_PIPELINE_ID}
          env:
            - name: NODE_ENV
              value: development
            - name: PROJECT_VERSION
      		  # 这里的环境变量以供测试打印
              value: ${CI_COMMIT_REF_NAME}
          imagePullPolicy: IfNotPresent
          livenessProbe:
            tcpSocket:
              port: 32000
          readinessProbe:
            tcpSocket:
              port: 32000
          name: testbbb
          ports:
            - containerPort: 32000
      dnsPolicy: ClusterFirst
      restartPolicy: Always

配置istio - Dr&Vs

备注：本例只是描述原理，因此为简单起见，将10%流量导入V2版本，在实际操作中，更可能是先导入较少流量，然后根据监控的新版本运行情况将流量逐渐导入，如采用5%，10%，20%，50% …的比例逐渐导入。

yaml
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apiVersion: networking.istio.io/v1beta1
kind: DestinationRule
metadata:
  name: testbbb
  namespace: test-istio
spec:
  host: testbbb.test-istio.svc.cluster.local
  subsets:
  - labels:
      version: release-v1
    name: release-v1
  - labels:
      version: release-v2
    name: release-v2
---
apiVersion: networking.istio.io/v1beta1
kind: VirtualService
metadata:
  name: testbbb
  namespace: test-istio
spec:
  hosts:
  - testbbb.test-istio.svc.cluster.local
  http:
  - name: testbbb
    route:
    - destination:
        host: testbbb.test-istio.svc.cluster.local
        subset: release-v1
      weight: 90
    - destination:
        host: testbbb.test-istio.svc.cluster.local
        subset: release-v2
      weight: 10

按9：1的比例将流量分发给v1和v2

我以为默认是轮询访问，但效果看好像并不是

bash
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# while [ true ];do curl "http://testbbb.test-istio:32000/sapi/test/get" -w '\n';sleep 1;done
release-v1
release-v1
release-v1
release-v1
release-v1
release-v1
release-v1
release-v1
release-v1
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release-v1
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release-v2
release-v1
release-v1
release-v1
release-v1
release-v1
release-v1
release-v1
release-v1
release-v1
release-v1
release-v2
release-v2
release-v1
release-v1
release-v1
release-v2
release-v1
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release-v2
release-v1
release-v1

将所有流量导入到到V2版本的服务

yaml
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apiVersion: networking.istio.io/v1beta1
kind: VirtualService
metadata:
  name: testbbb
  namespace: test-istio
spec:
  hosts:
  - testbbb.test-istio.svc.cluster.local
  http:
  - name: testbbb
    route:
    - destination:
        host: testbbb.test-istio.svc.cluster.local
        subset: release-v2

再次进行测试

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# while [ true ];do curl "http://testbbb.test-istio:32000/sapi/test/get" -w '\n';sleep 1;done
release-v2
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