蓝绿发布是一种通过Kubernetes实现的零停机部署策略，旨在提高系统的稳定性和可用性。此策略涉及同时运行两个生产环境版本（即蓝色环境和绿色环境），在蓝色环境运行当前稳定版本的同时，绿色环境部署新版本应用。通过逐步将流量从蓝色环境切换到绿色环境，确保新版本的稳定性。如果新版本表现不佳，可以快速回滚至旧版本，保证业务不中断。这种发布方式在Kubernetes中尤为重要，因为其自动化和灵活性有助于减少人为错误，提高效率。
一、概述
在下面这张架构图中，我们对同一个应用部署了两个版本的环境，称之为蓝绿环境，流量通过 Ingress-Nginx 进入到 Service，然后再由它将流量转发至 Pod。在没有切换流量之前，“蓝色”环境负责接收外部请求流量。
需要进行流量切换时，只要调整 Ingress 策略就可以让“绿色”环境接收外部流量，如下图所示。
二、实战
接下来，我们通过一个例子来说明如何使用 Kubernetes 原生的Deployment 和 Service 来进行蓝绿发布，实战过程主要包含下面几个步骤。
- 创建蓝色环境的 Deployment 和 Service。
- 创建 Ingress 策略，并指向蓝色环境的 Service。
- 访问蓝色环境。
- 创建绿色环境的 Deployment 和 Service。
- 更新 Ingress 策略，并指向绿色环境。
- 访问绿色环境。
实验过程：
- 创建蓝色环境的 Deployment 和 Service。
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YAML
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: blue
labels:
app: blue
spec:
replicas: 3
selector:
matchLabels:
app: blue
template:
metadata:
labels:
app: blue
spec:
containers:
- name: blue-demo
image: reg.xinxianghf.cloud/library/rollouts-demo:blue
ports:
- containerPort: 8080
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: blue-svc
labels:
app: blue
spec:
ports:
- port: 80
targetPort: 8080
protocol: TCP
selector:
app: blue
type: ClusterIP
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2.创建 Ingress 策略，并指向蓝色环境的 Service。
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YAML
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
name: demo-ingress
spec:
ingressClassName: nginx
rules:
- host: app.xinxianghf.cloud
http:
paths:
- path: /
pathType: Prefix
backend:
service:
name: blue-svc
port:
number: 80
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3.部署应用 访问蓝色环境。
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YAML
[root@master-01 blue-green]# kubectl apply -f blue-dep.yaml
deployment.apps/blue created
service/blue-svc created
[root@master-01 blue-green]# kubectl apply -f app-ingress.yaml
ingress.networking.k8s.io/app-ingress created
[root@master-01 blue-green]#
[root@master-01 blue-green]# kubectl get pods
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
blue-59fcd7f57f-dqwjh 1/1 Running 0 14s
blue-59fcd7f57f-ltztl 1/1 Running 0 14s
blue-59fcd7f57f-xrgsr 1/1 Running 0 14s
[root@master-01 blue-green]#
[root@master-01 blue-green]# kubectl get svc
NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
blue-svc ClusterIP 10.105.137.138 <none> 80/TCP 20s
[root@master-01 blue-green]#
[root@master-01 blue-green]# kubectl get ingress
NAME CLASS HOSTS ADDRESS PORTS AGE
demo-ingress nginx app.xinxianghf.cloud 80 22s
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修改 hosts 文件
访问 ingress 配置的域名地址 app.xinxianghf.cloud:30081
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YAML
[root@master-01 nfs-provisioner]# kubectl get ingress
NAME CLASS HOSTS ADDRESS PORTS AGE
demo-ingress nginx app.xinxianghf.cloud 80 3m57s
[root@master-01 nfs-provisioner]# kubectl -n ingress-nginx get svc
NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
ingress-nginx-controller NodePort 10.110.247.106 <none> 80:30081/TCP,443:30443/TCP 11m
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4.创建绿色环境的 Deployment 和 Service。
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YAML
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: green
labels:
app: green
spec:
replicas: 3
selector:
matchLabels:
app: green
template:
metadata:
labels:
app: green
spec:
containers:
- name: green-demo
image: reg.xinxianghf.cloud/library/rollouts-demo:green
ports:
- containerPort: 8080
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: green-svc
labels:
app: green
spec:
ports:
- port: 80
targetPort: 8080
protocol: TCP
selector:
app: green
type: ClusterIP
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5.更新 Ingress 策略，并指向绿色环境。
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YAML
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
name: app-ingress
spec:
ingressClassName: nginx
rules:
- host: app.xinxianghf.cloud
http:
paths:
- path: /
pathType: Prefix
backend:
service:
name: green-svc
port:
number: 80
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6.访问绿色环境。
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YAML
[root@master-01 blue-green]# kubectl apply -f green-dep.yaml
deployment.apps/green created
service/green-svc created
[root@master-01 blue-green]#
[root@master-01 blue-green]# kubectl apply -f app-ingress-green.yaml
ingress.networking.k8s.io/app-ingress created
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三、金丝雀发布/灰度发布
在下面这张架构图中，我们会对同一个应用部署两套环境，一套是 Prod 生产环境，另一套是Canary 金丝雀环境。这两套环境分别由不同的 Service 通过标签选择器进行关联，最外层通过Ingress-Nginx 网关将流量按不同的比例转发到 Service 当中。比如，图中 20% 的流量将会转发到金丝雀环境，80% 的流量会转发到生产环境，这实际上是一种流量负载均衡的算法。
实战
接下来，我们会通过一个例子来说明如何使用 Kubernetes 原生的 Deployment 和 Service 来进行金丝雀发布，实战过程主要包含下面几个步骤。
- 创建生产环境的 Deployment 和 Service。
- 创建生产环境 Ingress 策略，并指向生产环境的 Service。
- 访问生产环境。
- 创建金丝雀环境的 Deployment 和 Service。
- 创建金丝雀环境 Ingress 策略，并实现按比例分发和识别特殊流量分发。
- 访问生产环境。
实验过程
- 创建生产环境的 Deployment 和 Service。
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YAML
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: prod
labels:
app: prod
spec:
replicas: 3
selector:
matchLabels:
app: prod
template:
metadata:
labels:
app: prod
spec:
containers:
- name: prod-demo
image: reg.xinxianghf.cloud/library/rollouts-demo:blue
ports:
- containerPort: 8080
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: prod-svc
labels:
app: prod
spec:
ports:
- port: 80
targetPort: 8080
protocol: TCP
selector:
app: prod
type: ClusterIP
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2.创建生产环境 Ingress 策略，并指向生产环境的 Service。
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YAML
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
name: prod-ingress
spec:
ingressClassName: nginx
rules:
- host: canary.xinxianghf.cloud
http:
paths:
- path: /
pathType: Prefix
backend:
service:
name: prod-svc
port:
number: 80
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3.访问生产环境。
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YAML
[root@master-01 canary]# kubectl apply -f prod-dep.yaml -f prod-ingress.yaml
deployment.apps/prod created
service/prod-svc created
ingress.networking.k8s.io/prod-ingress created
[root@master-01 canary]# kubectl get ingress
NAME CLASS HOSTS ADDRESS PORTS AGE
prod-ingress nginx canary.xinxianghf.cloud 10.110.247.106 80 36s
[root@master-01 canary]#
[root@master-01 canary]# kubectl -n ingress-nginx get svc
NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
ingress-nginx-controller NodePort 10.110.247.106 <none> 80:30081/TCP,443:30443/TCP 62m
ingress-nginx-controller-admission ClusterIP 10.107.56.194 <none> 443/TCP 62m
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修改 hosts 文件
访问 canary.xinxianghf.cloud:30081
4.创建金丝雀环境的 Deployment 和 Service。
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YAML
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: canary
labels:
app: canary
spec:
replicas: 3
selector:
matchLabels:
app: canary
template:
metadata:
labels:
app: canary
spec:
containers:
- name: canary-demo
image: reg.xinxianghf.cloud/library/rollouts-demo:green
ports:
- containerPort: 8080
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: canary-svc
labels:
app: canary
spec:
ports:
- port: 80
targetPort: 8080
protocol: TCP
selector:
app: canary
type: ClusterIP
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5.创建金丝雀环境 Ingress 策略，并实现按比例分发和识别特殊流量分发。
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YAML
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
name: canary-ingress-canary
annotations:
nginx.ingress.kubernetes.io/canary: "true"
nginx.ingress.kubernetes.io/canary-weight: "20"
nginx.ingress.kubernetes.io/canary-by-header: "X-Canary"
spec:
ingressClassName: nginx
rules:
- host: canary.xinxianghf.cloud
http:
paths:
- path: /
pathType: Prefix
backend:
service:
name: canary-svc
port:
number: 80
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nginx.ingress.kubernetes.io/canary 字段的值为 true，表示启用金丝雀发布策略。
nginx.ingress.kubernetes.io/canary-weight 字段的值为 20，表示将 20% 的流量转发到金丝雀环境当中，这是负载均衡的加权轮询机制。
nginx.ingress.kubernetes.io/canary-by-header 字段的值为 X-Canary，代表当 Header 中包含 X-Canary 时，则无视流量比例规则，将请求直接转发到金丝雀环境中。
上面的 Ingress 策略实际上同时配置了基于请求流量比例以及请求头的金丝雀策略。
6.访问生产环境。
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YAML
[root@master-01 canary]# kubectl apply -f canary-dep.yaml -f canary-ingress.yaml
deployment.apps/canary created
service/canary-svc created
ingress.networking.k8s.io/canary-ingress-canary created
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调整权重为 50，再做查看。
最终把权重调为100，就完成了一次金丝雀发布过程。
总结：
1. 高可用性
1.1 蓝绿发布通过同时运行蓝色和绿色两个环境，确保在任何情况下都有一个稳定版本对外提供服务。即使新版本出现问题，也可以立即切换回蓝色环境，保证业务的连续性。 1.2 在流量切换过程中，可以利用少量的流量先期进行A/B测试，通过逐步放量降低风险。一旦新版本表现不稳定，可以快速回滚，避免对用户造成影响。
2. 风险控制
2.1 蓝绿发布的核心优势在于其流量切换过程是逐步进行的，这意味着任何新版本的问题都可以在初期被发现并处理，避免了大量用户受到影响。 2.2 通过在绿色环境中进行充分的测试和验证，确保新版本的稳定性和兼容性。只有当新版本通过一系列严格的检查后，才会将更多的流量导入绿色环境。
3. 部署效率提升
3.1 蓝绿发布策略使得部署过程高度自动化，通过Kubernetes的清单文件管理和流量切换策略，减少了手动操作的需求，提高了工作效率。 3.2 整个部署过程无需停机，避免了传统发布方式中因停机导致业务中断的风险，提升了系统的可用性和用户体验。
4. 灵活的回滚机制
4.1 蓝绿发布提供了一种安全的回滚机制，通过简单的流量切换，可以立即将新版本中的问题版本替换为前一个稳定版本，确保业务不中断。 4.2 在新版本发布过程中，如果发现任何不可预见的问题，蓝绿发布允许快速回滚到上一个稳定版本，提供了极大的部署保障。
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