Kubernetes佈署工具與持續佈署策略詳解

Kubernetes 提供了多元的應用程式佈署方案，從根據 Jsonnet 的 ksonnet 和 kapitan，到根據 YAML 的 kustomize，以及利用 Docker Compose 的 kompose，甚至可以使用 Ansible 等自動化工具。各種工具各有千秋，適用於不同的場景和需求。更進一步，Helm 作為 Kubernetes 的套件管理器簡化了應用程式安裝和管理流程，而 kustomize 則著重於 Kubernetes 資源的組態管理。此外，Skaffold、Draft 和 Telepresence 等開發工具則提升了開發和測試效率，而 Knative 則為建構和佈署 serverless 應用程式提供了便利的框架。佈署策略方面，RollingUpdate 提供逐步更新，Recreate 則直接替換，藍綠佈署和金絲雀佈署則提供了更進階的版本控制和發布策略。持續佈署的實踐則需要版本控制、自動化構建、測試和佈署工具的配合，才能有效降低風險、加快速度並提升軟體的可靠性。

1. ksonnet

ksonnet 是一個根據 Jsonnet 的 Kubernetes 佈署工具。它允許您使用 Jsonnet 這個宣告式組態語言來定義 Kubernetes 資源。ksonnet 提供了一個簡單且彈性的方式來管理 Kubernetes 組態。

2. kapitan

kapitan 是一個根據 Jsonnet 的 Kubernetes 佈署工具，與 ksonnet 類別似。它提供了一個簡單且彈性的方式來管理 Kubernetes 組態，並且支援多種組態格式，包括 Jsonnet 和 YAML。

3. kustomize

kustomize 是一個根據 YAML 的 Kubernetes 佈署工具。它允許您使用 YAML 來定義 Kubernetes 資源，並且支援多種組態格式。kustomize 提供了一個簡單且彈性的方式來管理 Kubernetes 組態。

4. kompose

kompose 是一個根據 Docker Compose 的 Kubernetes 佈署工具。它允許您使用 Docker Compose 來定義應用程式，並將其轉換為 Kubernetes 組態。

5. Ansible

Ansible 是一個自動化工具，支援多種組態格式，包括 YAML 和 Jsonnet。它提供了一個簡單且彈性的方式來管理 Kubernetes 組態，並且支援多種資源型別，包括佈署、服務和 ConfigMap。

比較

工具	組態格式	支援資源型別
ksonnet	Jsonnet	佈署、服務、ConfigMap
kapitan	Jsonnet、YAML	佈署、服務、ConfigMap
kustomize	YAML	佈署、服務、ConfigMap
kompose	Docker Compose	佈署、服務
Ansible	YAML、Jsonnet	佈署、服務、ConfigMap

Kubernetes應用程式佈署與開發

在Kubernetes中，佈署應用程式可以透過多種方式，包括使用Helm、kustomize、Skaffold等工具。這些工具可以幫助我們簡化佈署流程，提高開發效率。

Helm

Helm是一個Kubernetes的包管理器，允許我們輕鬆地安裝和管理應用程式。它提供了一個簡單的方式來定義和管理應用程式的依賴關係和組態。

Helm Chart

Helm Chart是一個包裝好的Kubernetes資源定義檔案，包含了應用程式的依賴關係和組態。它可以被用來安裝和升級應用程式。

Helm Release

Helm Release是一個已經安裝的Helm Chart的例項。每次安裝或升級一個Helm Chart，都會建立一個新的Release。

kustomize

kustomize是一個Kubernetes的組態管理工具，允許我們定義和管理Kubernetes資源的組態。它提供了一個簡單的方式來管理Kubernetes資源的組態和版本。

kustomize Overlay

kustomize Overlay是一個用於定義Kubernetes資源組態的檔案。它可以被用來覆寫或擴充套件現有的Kubernetes資源組態。

Skaffold

Skaffold是一個Kubernetes的開發工具，允許我們輕鬆地開發和測試Kubernetes應用程式。它提供了一個簡單的方式來自動化開發流程，包括編譯、封裝、佈署和測試。

Skaffold YAML

Skaffold YAML是一個用於定義Skaffold組態的檔案。它可以被用來定義開發流程，包括編譯、封裝、佈署和測試。

Draft

Draft是一個Kubernetes的開發工具，允許我們輕鬆地開發和測試Kubernetes應用程式。它提供了一個簡單的方式來自動化開發流程，包括編譯、封裝、佈署和測試。

Draft Init

Draft Init是一個用於初始化Draft組態的命令。它可以被用來建立一個新的Draft組態檔案。

Draft Create

Draft Create是一個用於建立一個新的Draft組態的命令。它可以被用來定義開發流程，包括編譯、封裝、佈署和測試。

Telepresence

Telepresence是一個Kubernetes的開發工具，允許我們輕鬆地開發和測試Kubernetes應用程式。它提供了一個簡單的方式來自動化開發流程，包括編譯、封裝、佈署和測試。

Knative

Knative是一個Kubernetes的伺服器less框架，允許我們輕鬆地建構和佈署伺服器less應用程式。它提供了一個簡單的方式來定義和管理伺服器less應用程式的依賴關係和組態。

內容解密：

Helm：Helm是一個Kubernetes的包管理器，允許我們輕鬆地安裝和管理應用程式。
kustomize：kustomize是一個Kubernetes的組態管理工具，允許我們定義和管理Kubernetes資源的組態。
Skaffold：Skaffold是一個Kubernetes的開發工具，允許我們輕鬆地開發和測試Kubernetes應用程式。
Draft：Draft是一個Kubernetes的開發工具，允許我們輕鬆地開發和測試Kubernetes應用程式。
Telepresence：Telepresence是一個Kubernetes的開發工具，允許我們輕鬆地開發和測試Kubernetes應用程式。
Knative：Knative是一個Kubernetes的伺服器less框架，允許我們輕鬆地建構和佈署伺服器less應用程式。

  flowchart TD
    A[Helm] --> B[kustomize]
    B --> C[Skaffold]
    C --> D[Draft]
    D --> E[Telepresence]
    E --> F[Knative]

圖表翻譯：

此圖表展示了Kubernetes生態系中各種工具之間的關係。Helm是一個包管理器，kustomize是一個組態管理工具，Skaffold是一個開發工具，Draft是一個開發工具，Telepresence是一個開發工具，Knative是一個伺服器less框架。這些工具可以幫助我們簡化佈署流程，提高開發效率。

Telepresence 和 Skaffold

Telepresence 是一種工具，允許您在本地電腦上執行應用程式，並將其連線到遠端 Kubernetes 叢集中。這樣，您就可以在本地電腦上進行開發和測試，而不需要建立一個完整的 Kubernetes 叢集。

Skaffold 是另一種工具，旨在簡化 Kubernetes 應用程式的開發和佈署過程。它提供了一個簡單的方式來建立、佈署和管理 Kubernetes 應用程式。

Knative

Knative 是一個開源平臺，旨在簡化 serverless 應用程式的開發和佈署過程。它提供了一個標準化的方式來建立、佈署和管理 serverless 應用程式。

策略性佈署

Kubernetes 提供了多種策略性佈署的方式，包括 RollingUpdate、Recreate 等。RollingUpdate 是一種逐步更新的方式，會逐步替換舊的 pod，以確保應用程式的可用性。Recreate 則是直接刪除舊的 pod，並重新建立新的 pod。

maxSurge 和 maxUnavailable

maxSurge 和 maxUnavailable 是兩個重要的引數，用於控制 RollingUpdate 的過程。maxSurge 用於控制最大可超出預設數量的 pod 數量，而 maxUnavailable 則用於控制最大不可用 pod 數量。

藍綠佈署

藍綠佈署是一種佈署策略，會建立兩個版本的應用程式，一個是舊版本（藍色），另一個是新版本（綠色）。這樣，可以在不中斷服務的情況下，進行版本升級。

彩虹佈署

彩虹佈署是一種更複雜的佈署策略，會建立多個版本的應用程式，每個版本都有不同的顏色（例如紅色、綠色、藍色等）。這樣，可以在不中斷服務的情況下，進行版本升級和回復。

金絲雀佈署

金絲雀佈署是一種佈署策略，會先將新版本的應用程式佈署到一小部分的使用者中，如果沒有問題，則逐步擴大到所有使用者。這樣，可以在不中斷服務的情況下，進行版本升級和回復。

Helm 的 Hook

Helm 的 Hook 是一種機制，允許您在佈署過程中執行自定義的任務。例如，您可以使用 Hook 來執行資料函式庫遷移、傳送通知等任務。

在 Kubernetes 中，hooks 是一種強大的工具，允許您在佈署或升級應用程式時執行自定義操作。Hooks 可以用於執行各種任務，例如備份資料、更新組態或執行測試。

Kubernetes 提供了幾種型別的 hooks，包括：

pre-install：在安裝資源之前執行。
post-install：在安裝所有資源之後執行。
pre-delete：在刪除資源之前執行。
post-delete：在刪除所有資源之後執行。
pre-upgrade：在升級資源之前執行。
post-upgrade：在升級所有資源之後執行。
pre-rollback：在回復資源之前執行。
post-rollback：在回復所有資源之後執行。

您可以使用 helm.sh/hook 註解來指定 hook 的型別，並使用 helm.sh/hook-weight 註解來指定 hook 的執行順序。Hook 的執行順序由 hook-weight 值決定，值越小越先執行。

例如，您可以建立一個 Job 資源，使用 pre-upgrade hook 來備份資料：

apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:
  name: backup-data
  annotations:
    "helm.sh/hook": pre-upgrade
    "helm.sh/hook-weight": "0"

在這個例子中，backup-data Job 將在升級資源之前執行。

Kubernetes 還提供了其他工具和技術來簡化應用程式的開發和佈署，例如 Draft、Skaffold 和 Telepresence。這些工具可以幫助您加速開發和佈署過程，並使得應用程式的開發和維護更加高效。

此外，Kubernetes 的 RollingUpdate 策略可以幫助您實作零停機時間的佈署。這個策略會同時更新多個 pod，並且只會停止舊版本的 pod 當新版本的 pod 已經準備好時。這意味著您的應用程式將始終可用，即使是在佈署過程中。

但是，RollingUpdate 策略也有一些缺點，例如更新速度較慢，並且可能會導致舊版本和新版本的 pod 同時執行。這可能會導致一些問題，例如資料不一致或相容性問題。

總之，Kubernetes 的 hooks 和 RollingUpdate 策略可以幫助您實作高效和可靠的應用程式佈署和升級。然而，您需要仔細考慮您的應用程式的特點和需求，以選擇最合適的策略。

什麼是持續佈署？

持續佈署（Continuous Deployment，CD）是一種軟體開發方法，旨在自動化地將成功的構建結果佈署到生產環境中。這意味著只要程式碼透過了所有測試和驗證，就會自動佈署到生產環境中。

持續佈署的優點

持續佈署有許多優點，包括：

減少手動佈署的錯誤風險
加快佈署速度
提高軟體的可靠性和穩定性
減少佈署的成本和時間

持續佈署工具

有許多工具可以用於實作持續佈署，包括：

Jenkins：一種流行的持續整合和持續佈署工具
Drone：一種根據容器的持續整合和持續佈署工具
Google Cloud Build：一種根據雲端的持續整合和持續佈署工具

持續佈署流程

一個典型的持續佈署流程包括以下步驟：

程式碼提交：開發人員提交程式碼變更到版本控制系統中。
自動化構建：系統自動構建程式碼，並執行單元測試和整合測試。
自動化測試：系統自動執行功能測試和效能測試。
佈署：如果所有測試都透過，系統會自動佈署程式碼到生產環境中。

持續佈署實踐

要實踐持續佈署，需要滿足以下條件：

版本控制系統：需要一個版本控制系統來管理程式碼變更。
自動化構建工具：需要一個自動化構建工具來構建程式碼。
自動化測試工具：需要一個自動化測試工具來執行測試。
佈署工具：需要一個佈署工具來自動佈署程式碼到生產環境中。

持續佈署與DevOps

持續佈署是DevOps的一個重要部分。DevOps是一種軟體開發方法，旨在提高軟體的品質和交付速度。持續佈署可以幫助實作DevOps的目標，透過自動化地將軟體佈署到生產環境中。

持續佈署的挑戰

持續佈署也有一些挑戰，包括：

測試複雜性：測試可能很複雜，需要大量的資源和時間。
佈署風險：佈署可能會出現風險，例如資料損壞或系統當機。
安全性：持續佈署需要確保安全性，防止未經授權的存取和資料洩露。

Concourse、Spinnaker、GitLab CI、Codefresh、Azure Pipelines 等工具的簡介

Concourse 是一種用 Go 編寫的 CD 工具，採用宣告式組態，使用 YAML 檔案定義建置和佈署過程。Concourse 已經有了一個穩定的 Helm Chart，可以輕鬆地佈署到 Kubernetes 中。

Spinnaker 是一個由 Netflix 開發的強大且靈活的 CD 工具，特別適合大規模和複雜的佈署。Spinnaker 支援多種雲平臺和容器協調系統，包括 Kubernetes。

GitLab CI 是 GitLab 平臺的一部分，提供了一個內建的 CI/CD 解決方案。GitLab CI 支援多種執行器，包括 Docker、Kubernetes 等，可以用於自動化建置、測試和佈署。

Codefresh 是一個根據 Kubernetes 的 CD 工具，支援多種原始碼管理系統，包括 Git、Bitbucket 等。Codefresh 提供了一個簡單易用的介面，用於定義和管理 CD 流程。

Azure Pipelines 是 Azure DevOps 平臺的一部分，提供了一個雲端基礎的 CI/CD 解決方案。Azure Pipelines 支援多種原始碼管理系統，包括 Git、TFVC 等，可以用於自動化建置、測試和佈署。

Docker Hub、Gitkube、Flux 和 Keel 的簡介

Docker Hub 是 Docker 官方提供的容器倉函式庫，支援自動化建置和佈署。Docker Hub 可以與 GitLab CI、Azure Pipelines 等工具整合，實作自動化的容器建置和佈署。

Gitkube 是一個根據 Kubernetes 的工具，支援自動化佈署和滾動更新。Gitkube 可以監視 Git 倉函式庫的變化，並自動化佈署新的容器版本。

Flux 是一個根據 Kubernetes 的工具，支援自動化佈署和滾動更新。Flux 可以監視容器倉函式庫的變化，並自動化佈署新的容器版本。

Keel 是一個根據 Kubernetes 的工具，支援自動化佈署和滾動更新。Keel 可以監視容器倉函式庫的變化，並自動化佈署新的容器版本。

Google Cloud Build 和 Google Kubernetes Engine 的簡介

Google Cloud Build 是 Google Cloud 平臺的一部分，提供了一個雲端基礎的 CI/CD 解決方案。Google Cloud Build 支援多種原始碼管理系統，包括 Git、Bitbucket 等，可以用於自動化建置、測試和佈署。

Google Kubernetes Engine (GKE) 是 Google Cloud 平臺的一部分，提供了一個受管的 Kubernetes 服務。GKE 支援多種容器協調系統，包括 Docker 等，可以用於自動化佈署和管理容器應用。

Helm 和 Cloud Build 的簡介

Helm 是一個根據 Kubernetes 的包管理工具，支援簡單易用的方式管理和佈署應用。Helm 提供了一個簡單易用的介面，用於定義和管理應用包。

Cloud Build 是 Google Cloud 平臺的一部分，提供了一個雲端基礎的 CI/CD 解決方案。Cloud Build 支援多種原始碼管理系統，包括 Git、Bitbucket 等，可以用於自動化建置、測試和佈署。

建立一個簡單的 CD 流程

建立一個簡單的 CD 流程需要以下步驟：

建立一個 Git 倉函式庫，並初始化一個簡單的應用。
建立一個 Cloud Build 觸發器，監視 Git 倉函式庫的變化。
定義一個 Cloud Build 流程，包括建置、測試和佈署等步驟。
佈署應用到 GKE 中。
驗證應用的正確性和功能。

這些步驟可以使用 Cloud Build 和 GKE 來實作，同時也可以使用其他工具和平臺來實作。

使用 Docker 和 Cloud Build 進行 CI/CD 流程

步驟一：定義 Dockerfile

首先，我們需要定義一個 Dockerfile 來描述如何建構我們的應用程式。這個檔案包含了所有需要的指令，例如安裝相依套件、複製檔案、設定環境變數等。

# 使用官方的 Golang 1.11 映象作為基礎
FROM golang:1.11-alpine AS build

# 設定工作目錄
WORKDIR /app

# 複製 Go 模組檔案
COPY go.mod go.sum./

# 下載相依套件
RUN go mod download

# 複製應用程式碼
COPY..

# 執行 Go 測試
RUN go test

# 建構應用程式
RUN go build -o main.

# 複製執行檔到新的映象
FROM alpine:latest
WORKDIR /app
COPY --from=build /app/main.
CMD ["./main"]

步驟二：設定 Cloud Build

接下來，我們需要設定 Cloud Build 來自動建構和佈署我們的應用程式。首先，建立一個新的 cloudbuild.yaml 檔案，並新增以下內容：

steps:
  # 執行 Docker 建構
  - name: 'gcr.io/cloud-builders/docker'
    args: ['build', '-t', 'gcr.io/$PROJECT_ID/demo']
  # 推播映象到 Google Container Registry
  - name: 'gcr.io/cloud-builders/docker'
    args: ['push', 'gcr.io/$PROJECT_ID/demo']
  # 佈署到 Kubernetes
  - name: 'gcr.io/cloud-builders/kubectl'
    args: ['apply', '-f', 'k8s/deployment.yaml']

步驟三：觸發 Cloud Build

最後，我們需要設定一個觸發器來啟動 Cloud Build 流程。這可以透過 Cloud Console 或 gcloud 命令列工具完成。以下是使用 gcloud 的範例：

gcloud builds submit --config cloudbuild.yaml

這將提交一個新的建構請求到 Cloud Build，並啟動自動建構和佈署流程。

步驟四：驗證佈署

佈署完成後，我們需要驗證應用程式是否正常執行。這可以透過執行 kubectl 命令來檢查 pod 狀態：

kubectl get pods

如果一切正常，則應該可以看到 pod 正在執行，並且可以透過 kubectl logs 命令檢查應用程式日誌：

kubectl logs -f <pod_name>

這樣就完成了使用 Docker 和 Cloud Build 進行 CI/CD 流程的基本步驟。

使用Cloud Build實作Kubernetes的持續佈署

環境設定

首先，需要設定Cloud Build和Kubernetes的環境。這包括建立一個新的Cloud Build任務，並組態Kubernetes的叢集和憑證。

建立Cloud Build任務

建立一個新的Cloud Build任務，然後組態任務的步驟。首先，需要取得Kubernetes叢集的憑證：

- id: get-kube-config
  dir: hello-cloudbuild
  env:
    - CLOUDSDK_CORE_PROJECT=${_CLOUDSDK_CORE_PROJECT}
    - CLOUDSDK_COMPUTE_ZONE=${_CLOUDSDK_COMPUTE_ZONE}
    - CLOUDSDK_CONTAINER_CLUSTER=${_CLOUDSDK_CONTAINER_CLUSTER}
    - KUBECONFIG=/workspace/.kube/config
  args:
    - cluster-info

然後，需要新增一個步驟來更新佈署的標籤：

- id: update-deploy-tag
  dir: hello-cloudbuild
  args:
    - container
    - images
    - add-tag

最後，需要新增一個步驟來佈署應用程式到Kubernetes叢集：

- id: deploy
  dir: hello-cloudbuild
  name: cloudnatived/helm-cloudbuilder
  env:
    - KUBECONFIG=/workspace/.kube/config
  args:
    - helm
    - upgrade
    - --install
    - ${TAG_NAME}-demo
    - --namespace=${TAG_NAME}-demo
    - --values
    - k8s/demo/${TAG_NAME}-values.yaml
    - --set
    - --set
    - container.tag=${COMMIT_SHA}
    -./k8s/demo

組態Kubernetes的叢集和憑證

需要組態Kubernetes的叢集和憑證，以便Cloud Build可以連線到叢集。這可以透過建立一個新的Kubernetes的憑證並將其新增到Cloud Build的環境變數中實作。

執行Cloud Build任務

執行Cloud Build任務，然後Cloud Build會自動佈署應用程式到Kubernetes叢集。

圖表翻譯：

以下是使用Mermaid語法繪製的Cloud Build和Kubernetes的流程圖：

  flowchart TD
    A[Cloud Build] --> B[取得Kubernetes憑證]
    B --> C[更新佈署標籤]
    C --> D[佈署應用程式到Kubernetes]
    D --> E[完成佈署]

這個流程圖展示了Cloud Build如何取得Kubernetes的憑證、更新佈署標籤、佈署應用程式到Kubernetes叢集的過程。

內容解密：

上述流程圖和程式碼展示瞭如何使用Cloud Build實作Kubernetes的持續佈署。首先，需要建立一個新的Cloud Build任務，並組態任務的步驟。然後，需要組態Kubernetes的叢集和憑證，以便Cloud Build可以連線到叢集。最後，執行Cloud Build任務，然後Cloud Build會自動佈署應用程式到Kubernetes叢集。

這個過程需要注意以下幾點：

需要建立一個新的Cloud Build任務，並組態任務的步驟。
需要組態Kubernetes的叢集和憑證，以便Cloud Build可以連線到叢集。
需要執行Cloud Build任務，然後Cloud Build會自動佈署應用程式到Kubernetes叢集。

透過這個過程，可以實作Kubernetes的持續佈署，並自動化應用程式的佈署過程。

從技術架構視角來看，本文涵蓋了多種 Kubernetes 佈署工具，從 ksonnet、kapitan、kustomize 等根據組態的工具，到 kompose 這種根據 Docker Compose 的轉換工具，以及 Ansible 這樣的自動化工具，展現了 Kubernetes 生態的豐富性。分析比較各工具的組態格式、支援的資源型別，以及 Helm、kustomize、Skaffold、Draft、Telepresence 和 Knative 等工具的特性與應用場景，有助於開發者根據專案需求選擇合適的工具。然而，文章未深入探討各工具的優缺點及適用場景的細微差異，例如 ksonnet 和 kapitan 的社群活躍度、kustomize 的根據基底的繼承機制等。更進一步，文章雖提及藍綠、彩虹和金絲雀佈署等策略，卻未詳細說明如何結合 Helm Hooks 或其他工具實作這些策略，也未探討不同策略的適用場景和潛在風險。展望未來，隨著 GitOps 理念的普及，Flux 和 Argo CD 等 GitOps 工具將在 Kubernetes 佈署領域扮演更重要的角色，開發者需要關注這些新興工具的發展，並學習如何將 GitOps 最佳實務整合到現有的工作流程中。對於追求高效能和高可靠性的佈署流程的團隊，建議深入研究 Helm、kustomize 和 GitOps 工具，並根據實際需求選擇最合適的組合方案。

玄貓

技術愛好者，專注於分享程式開發、雲端技術與 AI 應用的心得體會。