如何在 Kubernetes 中借助Ingress 实现灰度发布和蓝绿发布

前言

部署在 Kubernetes 集群中的应用，在升级发布时可能会存在的问题：

1，由于 Kuberneter 底层 Pod 容器生命周期与网络组件生命周期是异步管理的，在升级时如果没有处理好应用优雅退出的问题，就很容易导致 http 访问请求 5xx

2，原生 Deployment 应用的滚动发布功能是一把梭的全量发布模式，没有灰度和分批控制发布的概念，一旦出现问题，故障影响范围就会迅速扩大

这也是为什么需要灰度发布，蓝绿发布，彩虹发布，金丝雀发布、A/B Test等多样化形式发布的重要原因，核心目标只有一个，就是为了确保服务的稳定性，减少或避免因变更带来的不稳定因素

今天我们主要来聊下，如何在不引入第三方插件的情况下，来实现简单的灰度发布和蓝绿发布功能

通过 Ingress 实现灰度发布和蓝绿发布

在 Kubernetes 里面 Pod 的网络通信都是借助 Service 实现的，Service 的底层是依赖 Iptables 或者 eBPF 加上 dns 技术实现的，具体细节感兴趣可自行探索，Ingress 负责 k8s 集群内外的流量通信，本身属于七层负载的工作范围，所以可以将流量反向代理到四层负载的 Service 中，在七层负载中支持 Http 协议，所以可以实现的功能更加强大

工作原理

Kubernetes 自带的 Ingress Controller 组件的底层是 Nginx ，所以基于七层负载的能力，我们就可以做更多与流量分配相关的功能，目前基于 Nginx 的 Ingress 支持通过 Header，Cookie 和 Weight 三种流量切分的策略，这三种策略，又可以实现以下两种发布场景：

按请求级别的灰度用户流量

通过 header 和 cookie 路由流量进行灰度

按比例级别的灰度用户流量

通过 weight 权重设置

支持的Nginx Annotation介绍

nginx.ingress.kubernetes.io/canary-by-header

基于Header的流量切分。如果请求头中包含指定的 header，并且值为“always”，就将该请求转发给Canary Ingress定义的对应后端服务。如果值为“never”则不转发，可用于回滚到旧版本。如果为其他值则忽略该annotation，并通过优先级将请求流量分配到其他规则。

nginx.ingress.kubernetes.io/canary-by-header-value

必须与canary-by-header一起使用，可自定义请求头的取值，包含但不限于“always”或“never”。当请求头的值命中指定的自定义值时，请求将会转发给Canary Ingress定义的对应后端服务，如果是其他值则忽略该annotation，并通过优先级将请求流量分配到其他规则。

nginx.ingress.kubernetes.io/canary-by-header-pattern

与canary-by-header-value类似，唯一区别是该annotation用正则表达式匹配请求头的值，而不是某一个固定值。如果该annotation与canary-by-header-value同时存在，该annotation将被忽略。

nginx.ingress.kubernetes.io/canary-by-cookie

基于Cookie的流量切分。与canary-by-header类似，该annotation用于cookie，仅支持“always”和“never”，无法自定义取值。

nginx.ingress.kubernetes.io/canary-weight

基于服务权重的流量切分，适用于蓝绿部署。表示Canary Ingress所分配流量的百分比，取值范围[0-100]。例如，设置为100，表示所有流量都将转发给Canary Ingress对应的后端服务。

注解规则会按优先级进行评估，优先级为：canary-by-header -> canary-by-cookie -> canary-weight。

灰度发布

依赖资源：2 个 Ingress 对象，2 个 Service 对象，两个 Deployment 对象

操作流程：为服务创建两个 Ingress，一个为常规 Ingress，另一个为带有 nginx.ingress.kubernetes.io/canary: "true"注解的 Ingress，称为 Canary Ingress，在 Canary Ingress 上配置切分策略。

两个 Deployment 对象，分别对应升级过程中的两个版本 v1，v2

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: py-hello-blue
spec:selector:matchLabels:app: hellocolor: bluereplicas: 1template:metadata:labels:app: hellocolor: bluespec:terminationGracePeriodSeconds: 30containers:- name: helloimagePullPolicy: Alwaysimage: localhost:5001/py-http:1ports:- containerPort: 8888resources:requests:memory: "50Mi"limits:memory: "200Mi"lifecycle:preStop:exec:                                                                      command: ["sleep", "5"]# command: ["/usr/bin/tini", "--", "bash", "-c"]command: ["sh", "-c"]args:- |python app.py

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: py-hello-green
spec:selector:matchLabels:app: hellocolor: greenreplicas: 1template:metadata:labels:app: hellocolor: greenspec:terminationGracePeriodSeconds: 30containers:- name: helloimagePullPolicy: Alwaysimage: localhost:5001/py-http:2ports:- containerPort: 8888resources:requests:memory: "50Mi"limits:memory: "200Mi"lifecycle:preStop:exec:                                                                      command: ["sleep", "5"]# command: ["/usr/bin/tini", "--", "bash", "-c"]command: ["sh", "-c"]args:- |python app.py

两个 Service 对象，分别对应 v1，v2 的Deployment

apiVersion: v1
metadata:name: py-hello-blue-service
kind: Service
spec:selector:app: hello#color: greencolor: blueports:- name: webport: 8888protocol: TCPtargetPort: 8888type: ClusterIP

apiVersion: v1
metadata:name: py-hello-green-service
kind: Service
spec:selector:# app: hellocolor: green# color: blueports:- name: webport: 8888protocol: TCPtargetPort: 8888type: ClusterIP

两个 Ingress 对象，进行灰度流量的分配

kind: Ingress
apiVersion: networking.k8s.io/v1
metadata:name: py-hello-ingress-normal
spec:rules:- host: py-hello.test.comhttp:paths:- path: /pathType: Prefixbackend:service: port: number: 8888name: py-hello-blue-service

kind: Ingress
apiVersion: networking.k8s.io/v1
metadata:name: py-hello-ingress-canaryannotations:kubernetes.io/ingress.class: nginxnginx.ingress.kubernetes.io/canary: "true"                # 启用Canary#基于 Header 的灰度#nginx.ingress.kubernetes.io/canary-by-header: "Region"#nginx.ingress.kubernetes.io/canary-by-header-pattern: "hz|lg"    #基于 Cookie 的灰度#nginx.ingress.kubernetes.io/canary-by-cookie: "qdl"    # Cookie中包含user_from_bj的请求转发到Canary Ingress#基于 weight 的灰度    nginx.ingress.kubernetes.io/canary-weight: "20"    # 将20%的流量转发到Canary Ingressspec:rules:- host: py-hello.test.comhttp:paths:- path: /pathType: Prefixbackend:service: port: number: 8888name: py-hello-green-service

实现灰度发布，就是把 canary 里面的流量分配策略进行修改即可