Kubernetes Pod 與 Deployment 管理

前言

Kubernetes（簡稱 K8s）是目前最流行的容器編排平台，而 Pod 和 Deployment 是其中最基礎且最重要的兩個資源物件。本文將深入介紹 Pod 與 Deployment 的概念、建立方式、更新策略以及回滾操作。

Pod 詳解

什麼是 Pod？

Pod 是 Kubernetes 中最小的可部署單元，它代表了叢集中運行的一個或多個容器的組合。Pod 內的容器共享相同的網路命名空間（Network Namespace）和儲存卷（Volume），因此它們可以透過 localhost 互相通訊。

Pod 的特性

共享網路：Pod 內的所有容器共享同一個 IP 位址和連接埠空間
共享儲存：Pod 可以指定一組共享的儲存卷，讓所有容器都能存取
生命週期：Pod 是短暫的，一旦終止就不會重新啟動，而是由控制器建立新的 Pod

Pod YAML 範例

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apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx-pod
  labels:
    app: nginx
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.21
    ports:
    - containerPort: 80
    resources:
      requests:
        memory: "64Mi"
        cpu: "250m"
      limits:
        memory: "128Mi"
        cpu: "500m"

建立 Pod

使用 kubectl 命令建立 Pod：

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# 使用 YAML 檔案建立
kubectl apply -f nginx-pod.yaml

# 直接建立簡單的 Pod
kubectl run nginx-pod --image=nginx:1.21

# 查看 Pod 狀態
kubectl get pods

# 查看 Pod 詳細資訊
kubectl describe pod nginx-pod

Deployment 概念

什麼是 Deployment？

Deployment 是 Kubernetes 中用於管理 Pod 和 ReplicaSet 的高階控制器。它提供了宣告式更新（Declarative Updates）功能，讓您能夠描述應用程式的期望狀態，Deployment 控制器會自動將實際狀態調整為期望狀態。

Deployment 的優勢

副本管理：自動維護指定數量的 Pod 副本
滾動更新：無停機時間地更新應用程式
回滾機制：輕鬆回滾到先前的版本
擴縮容：方便地調整 Pod 副本數量
自我修復：自動重新建立失敗的 Pod

建立與更新 Deployment

Deployment YAML 範例

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apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
  labels:
    app: nginx
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.21
        ports:
        - containerPort: 80
        resources:
          requests:
            memory: "64Mi"
            cpu: "250m"
          limits:
            memory: "128Mi"
            cpu: "500m"

建立 Deployment

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# 使用 YAML 檔案建立
kubectl apply -f nginx-deployment.yaml

# 直接建立 Deployment
kubectl create deployment nginx-deployment --image=nginx:1.21 --replicas=3

# 查看 Deployment 狀態
kubectl get deployments

# 查看 Deployment 詳細資訊
kubectl describe deployment nginx-deployment

更新 Deployment

有多種方式可以更新 Deployment：

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# 方式一：編輯 YAML 檔案後重新套用
kubectl apply -f nginx-deployment.yaml

# 方式二：直接修改映像檔版本
kubectl set image deployment/nginx-deployment nginx=nginx:1.22

# 方式三：使用 edit 命令
kubectl edit deployment nginx-deployment

# 方式四：使用 patch 命令
kubectl patch deployment nginx-deployment -p '{"spec":{"template":{"spec":{"containers":[{"name":"nginx","image":"nginx:1.22"}]}}}}'

擴縮容

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# 調整副本數量
kubectl scale deployment nginx-deployment --replicas=5

# 自動擴縮容（需要安裝 Metrics Server）
kubectl autoscale deployment nginx-deployment --min=3 --max=10 --cpu-percent=80

滾動更新策略

什麼是滾動更新？

滾動更新（Rolling Update）是 Deployment 的預設更新策略，它會逐步將舊版本的 Pod 替換為新版本，確保在更新過程中始終有足夠的 Pod 在運行，從而實現零停機時間部署。

滾動更新配置

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apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  replicas: 3
  strategy:
    type: RollingUpdate
    rollingUpdate:
      maxSurge: 1        # 更新過程中最多可以超出期望副本數的數量
      maxUnavailable: 1  # 更新過程中最多可以有多少個 Pod 不可用
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.21

策略參數說明

參數	說明
`maxSurge`	更新過程中可以建立的超出期望副本數的最大 Pod 數量，可以是絕對數字或百分比
`maxUnavailable`	更新過程中可以不可用的最大 Pod 數量，可以是絕對數字或百分比

監控更新狀態

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# 查看更新狀態
kubectl rollout status deployment/nginx-deployment

# 查看更新歷史
kubectl rollout history deployment/nginx-deployment

# 暫停更新
kubectl rollout pause deployment/nginx-deployment

# 繼續更新
kubectl rollout resume deployment/nginx-deployment

回滾操作

為什麼需要回滾？

當新版本的應用程式出現問題時，我們需要快速回滾到先前穩定的版本，以減少對用戶的影響。Kubernetes 會保留 Deployment 的修訂歷史，讓我們可以輕鬆回滾到任何先前的版本。

執行回滾

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# 回滾到上一個版本
kubectl rollout undo deployment/nginx-deployment

# 回滾到指定版本
kubectl rollout undo deployment/nginx-deployment --to-revision=2

# 查看特定版本的詳細資訊
kubectl rollout history deployment/nginx-deployment --revision=2

設定修訂歷史限制

為了避免保留過多的修訂歷史，可以在 Deployment 中設定 revisionHistoryLimit：

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apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  replicas: 3
  revisionHistoryLimit: 10  # 保留最近 10 個修訂版本
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.21

回滾最佳實踐

記錄變更原因：使用 --record 標記記錄更新命令

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kubectl set image deployment/nginx-deployment nginx=nginx:1.22 --record

使用註解標記版本：

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kubectl annotate deployment/nginx-deployment kubernetes.io/change-cause="升級到 nginx 1.22 版本"

定期清理舊版本：設定合理的 revisionHistoryLimit 值

總結

Pod 和 Deployment 是 Kubernetes 中最基礎的資源物件：

Pod 是最小的部署單元，代表一個或多個容器的組合
Deployment 是管理 Pod 的控制器，提供了副本管理、滾動更新和回滾等功能
滾動更新策略 確保了應用程式更新時的高可用性
回滾機制 讓我們能夠快速恢復到穩定版本

掌握這些概念和操作，是使用 Kubernetes 進行容器編排的基礎。在實際應用中，建議搭配 Health Check（健康檢查）、Resource Limits（資源限制）和 PodDisruptionBudget（Pod 中斷預算）等機制，以確保應用程式的穩定性和可靠性。

前言