Deployment Strategies - Recreate Strategy and Rolling Update Strategy

在上一篇中，有多種 Deployment 的更新策略，其中兩個常見的方式為 Recreate Strategy 與 Rolling Update Strategy。以下是這兩種的實作範例：

Recreate Strategy

Recreate Strategy 是 Kubernetes 的一種部署策略，會先停止所有舊版本的 Pod，確保它們完全移除後再啟動新版本的 Pod。這種方式適合應用程式的舊版本與新版本之間不兼容的情境，或需要進行重大架構調整的場景。雖然實現簡單，但會造成短暫停機，需謹慎使用。

實作 Recreate Strategy

首先我們先建立一個 deployment，他是部屬 v1 的 image，部屬 replicas 數量為 3，我們經部屬策略改成Recreate，並且我們在 label 地方增加 version v1。

recreate/app-v1.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: demo-deployment
  labels:
    app: demo
spec:
  replicas: 3
  strategy:
    type: Recreate
  selector:
    matchLabels:
      app: demo
  template:
    metadata:
      labels:
        app: demo
        version: v1
    spec:
      containers:
        - name: demo-container
          image: hello-world:v1.0.0
          ports:
            - containerPort: 8080

接著我們撰寫 v2 版本的 deployment，我們將 image 改成 v2 版本的，並且將 label 中的 version 改成 v2。

recreate/app-v2.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: demo-deployment
  labels:
    app: demo
spec:
  replicas: 3
  strategy:
   type: Recreate
  selector:
    matchLabels:
      app: demo
  template:
    metadata:
      labels:
        app: demo
        version: v2
    spec:
      containers:
      - name: demo-container
        image: hello-world:v2.0.0
        ports:
        - containerPort: 8080

透過 kubectl 使令來將 app-v1 運行起來，也能查看他是否建立三個 pod，並且都達到 Running 狀態。

kubectl.exe apply -f recreate/app-v1.yaml
---

deployment.apps/demo-deployment created

kubectl.exe get pods
---

NAME                               READY   STATUS    RESTARTS   AGE
demo-deployment-75b4bd45c5-85pth   1/1     Running   0          91s
demo-deployment-75b4bd45c5-w29q5   1/1     Running   0          91s
demo-deployment-75b4bd45c5-w7pg5   1/1     Running   0          91s

接著我們透過-w (--watch) 來觀察版本更新時他會如何變化。

kubectl.exe get pods -w

我們使用 kubectl 來更新到 v2 版本的 image。

kubectl.exe apply -f recreate/app-v2.yaml
---

deployment.apps/demo-deployment configured

從結果來看，我們可以發現他將 v1 的 3 個 pod 全部都 termiated 之後，才開始創立 v2 版本的 pod，這中間存在著停機時間。

kubectl.exe get pods -w
---

NAME                               READY   STATUS              RESTARTS   AGE
demo-deployment-75b4bd45c5-85pth   1/1     Running             0          2m52s
demo-deployment-75b4bd45c5-w29q5   1/1     Running             0          2m52s
demo-deployment-75b4bd45c5-w7pg5   1/1     Running             0          2m52s
demo-deployment-75b4bd45c5-85pth   1/1     Terminating         0          4m22s
demo-deployment-75b4bd45c5-w29q5   1/1     Terminating         0          4m22s
demo-deployment-75b4bd45c5-w7pg5   1/1     Terminating         0          4m22s
demo-deployment-75b4bd45c5-w7pg5   0/1     Terminating         0          4m22s
demo-deployment-75b4bd45c5-85pth   0/1     Terminating         0          4m22s
demo-deployment-75b4bd45c5-w29q5   0/1     Terminating         0          4m22s
demo-deployment-75b4bd45c5-w29q5   0/1     Terminating         0          4m22s
demo-deployment-75b4bd45c5-85pth   0/1     Terminating         0          4m22s
demo-deployment-75b4bd45c5-w7pg5   0/1     Terminating         0          4m22s
demo-deployment-75b4bd45c5-85pth   0/1     Terminating         0          4m22s
demo-deployment-75b4bd45c5-85pth   0/1     Terminating         0          4m22s
demo-deployment-75b4bd45c5-w7pg5   0/1     Terminating         0          4m22s
demo-deployment-75b4bd45c5-w7pg5   0/1     Terminating         0          4m22s
demo-deployment-75b4bd45c5-w29q5   0/1     Terminating         0          4m22s
demo-deployment-75b4bd45c5-w29q5   0/1     Terminating         0          4m22s
demo-deployment-6c5d69f4dc-m2k56   0/1     Pending             0          0s
demo-deployment-6c5d69f4dc-hvfm4   0/1     Pending             0          0s
demo-deployment-6c5d69f4dc-b2lp4   0/1     Pending             0          0s
demo-deployment-6c5d69f4dc-m2k56   0/1     Pending             0          0s
demo-deployment-6c5d69f4dc-hvfm4   0/1     Pending             0          0s
demo-deployment-6c5d69f4dc-b2lp4   0/1     Pending             0          1s
demo-deployment-6c5d69f4dc-m2k56   0/1     ContainerCreating   0          1s
demo-deployment-6c5d69f4dc-b2lp4   0/1     ContainerCreating   0          1s
demo-deployment-6c5d69f4dc-hvfm4   0/1     ContainerCreating   0          1s
demo-deployment-6c5d69f4dc-m2k56   1/1     Running             0          1s
demo-deployment-6c5d69f4dc-hvfm4   1/1     Running             0          1s
demo-deployment-6c5d69f4dc-b2lp4   1/1     Running             0          1s

Rolling Update Strategy

Rolling Update Strategy 是 Kubernetes 中預設的部署策略，允許舊版本的 Pod 和新版本的 Pod 在部署過程中共存。系統會逐步啟動新版本的 Pod，同時逐步關閉舊版本的 Pod，確保服務始終可用。此策略能實現零停機時間，是更新需要穩定性和用戶體驗的最佳選擇，但需考量新舊版本的兼容性。

參數詳細說明

`minReadySeconds`

用途：確保新 Pod 在完全啟動且能夠正常處理流量後，才被 Kubernetes 認定為準備就緒（Ready）。
重要性：
- 如果應用程式啟動時間較長，例如需要載入大量配置或進行初始化，未設定 minReadySeconds 可能會導致 Kubernetes 過早將其視為就緒並繼續升級，從而導致服務中斷。
- Kubernetes 會等待每個新 Pod 達到 minReadySeconds 後，再進行下一步的升級操作，因此可以更精確控制升級節奏。
適用場景：
- 啟動時間較長的應用程式（例如，微服務架構中的資料庫或機器學習模型服務）。
- 嚴格需要穩定提供服務的場景，避免新 Pod 在未準備好時處理流量。

`maxSurge`

用途：定義升級過程中可以額外啟動的 Pod 數量，幫助確保升級期間能維持服務的可用性。
運作原理：
- maxSurge 設定為一個固定值時，表示最多能多出固定數量的 Pod。
- 設定為百分比時，會根據 replicas 的數量動態計算多出的 Pod 數量。例如，replicas: 10，maxSurge: 25% 表示最多可以多啟動 2.5（向上取整為 3）個 Pod。
適用場景：
- 需要在升級過程中增加系統容量以應對瞬時負載的情況。
- 高流量應用程式，在升級過程中需要確保額外的可用性。

`maxUnavailable`

用途：定義升級過程中允許處於不可用狀態的最大 Pod 數量。
運作原理：
- maxUnavailable 設定為固定值時，表示升級期間最多允許固定數量的 Pod 不可用。
- 設定為百分比時，則按比例動態計算。例如，replicas: 10，maxUnavailable: 20% 表示最多允許 2 個 Pod 不可用。
適用場景：
- 應用程式的 Pod 為無狀態（Stateless）服務，且短暫的不可用性不會對用戶體驗造成重大影響。
- 資源受限的情況下，控制新舊 Pod 的替換過程以減少資源壓力。

常見配置

`maxSurge`	`maxUnavailable`	適用場景	影響
`1`	`0`	高可用性應用，需要升級期間 100% 可用	確保服務無中斷，但升級速度較慢，每次只能新增 1 個 Pod 並刪除 1 個舊 Pod。
`1`	`1`	平衡升級速度與穩定性	升級速度比前者快，可同時新增 1 個 Pod 並允許 1 個 Pod 不可用，適合能容忍短暫影響的應用。
`0`	`1`	資源有限，不能新增額外 Pod 的小型部署	不增加 Pod 數量，升級過程中允許最多 1 個 Pod 不可用，適合資源緊張但對穩定性要求不高的應用。
`25%`	`25%`	大型部署，需快速升級並容忍部分短暫影響	升級效率高，允許部分 Pod 不可用，適合容忍部分服務影響但追求升級效率的場景，例如非關鍵業務的後端服務。
`50%`	`0`	需要快速升級且資源充足的高可用場景	升級速度極快，可同時新增大量 Pod（如 replicas=10 時最多新增 5 個），但要求所有 Pod 在升級期間保持完全可用。

實作 Rolling Update Strategy

首先一樣建立一個 deployment，並且將 strategy 設定為 RollingUpdate，然後 maxSurge 設定為 1、maxUnavailable 設定為 0、minReadySeconds 設定為 5 秒，這樣就能設定平穩的更新策略。

rolling-update/app-v1.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: demo-deployment
  labels:
    app: demo
spec:
  replicas: 3
  strategy:
    type: RollingUpdate # 部署策略為滾動更新（RollingUpdate），逐步替換舊 Pod
    rollingUpdate:
      maxSurge: 1       # 升級期間允許額外增加的 Pod 數量（這裡是 1 個）
      maxUnavailable: 0 # 升級期間允許不可用的 Pod 數量（這裡是 0，確保服務不中斷）
  minReadySeconds: 5    # 新 Pod 啟動後需等待 5 秒，確保其準備就緒後才繼續下一步
  selector:
    matchLabels:
      app: demo
  template:
    metadata:
      labels:
        app: demo
        version: v1
    spec:
      containers:
      - name: demo-container
        image: hello-world:v1.0.0
        ports:
        - containerPort: 8080

建立 image 為 v2 版本的 deployment，將 label 和 image 改為 v2 版本。

rolling-update/app-v2.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: demo-deployment
  labels:
    app: demo
spec:
  replicas: 3
  strategy:
   type: RollingUpdate
   rollingUpdate:
     maxSurge: 1
     maxUnavailable: 0
  minReadySeconds: 5
  selector:
    matchLabels:
      app: demo
  template:
    metadata:
      labels:
        app: demo
        version: v2
    spec:
      containers:
      - name: demo-container
        image: hello-world:v2.0.0
        ports:
        - containerPort: 8080

透過 kubectl 指令來執行 v1 的 deployment。

kubectl.exe apply -f rolling-update/app-v1.yaml
---

deployment.apps/demo-deployment created

透過-w (--watch) 來觀察 pod 如何被更新的順序。

kubectl.exe get pods -w

利用 kubectl 來執行升版，將版本升級到 v2 版本。

kubectl.exe apply -f rolling-update/app-v2.yaml
---

deployment.apps/demo-deployment configured

透過觀察 pods，我們可以發現因為 maxSurge 設為 1、maxUnavailable 設為 0 的關係，首先會先創立一個 pod，直到他 Running 後，才會把原本的其中一個 pod 關閉，往後依序這樣創立再刪除，將三個 pod 完全升版。

kubectl.exe get pods -w
---

NAME                               READY   STATUS              RESTARTS   AGE
demo-deployment-75b4bd45c5-b9s9s   1/1     Running             0          55s
demo-deployment-75b4bd45c5-r2hzj   1/1     Running             0          55s
demo-deployment-75b4bd45c5-sbfv7   1/1     Running             0          55s
demo-deployment-6c5d69f4dc-zrj87   0/1     Pending             0          0s
demo-deployment-6c5d69f4dc-zrj87   0/1     Pending             0          0s
demo-deployment-6c5d69f4dc-zrj87   0/1     ContainerCreating   0          0s
demo-deployment-6c5d69f4dc-zrj87   1/1     Running             0          1s
demo-deployment-75b4bd45c5-sbfv7   1/1     Terminating         0          119s
demo-deployment-6c5d69f4dc-lfxc4   0/1     Pending             0          0s
demo-deployment-6c5d69f4dc-lfxc4   0/1     Pending             0          0s
demo-deployment-6c5d69f4dc-lfxc4   0/1     ContainerCreating   0          0s
demo-deployment-75b4bd45c5-sbfv7   0/1     Terminating         0          119s
demo-deployment-75b4bd45c5-sbfv7   0/1     Terminating         0          2m
demo-deployment-75b4bd45c5-sbfv7   0/1     Terminating         0          2m
demo-deployment-75b4bd45c5-sbfv7   0/1     Terminating         0          2m
demo-deployment-6c5d69f4dc-lfxc4   1/1     Running             0          1s
demo-deployment-75b4bd45c5-b9s9s   1/1     Terminating         0          2m5s
demo-deployment-6c5d69f4dc-wljfm   0/1     Pending             0          0s
demo-deployment-6c5d69f4dc-wljfm   0/1     Pending             0          0s
demo-deployment-6c5d69f4dc-wljfm   0/1     ContainerCreating   0          0s
demo-deployment-75b4bd45c5-b9s9s   0/1     Terminating         0          2m5s
demo-deployment-75b4bd45c5-b9s9s   0/1     Terminating         0          2m6s
demo-deployment-6c5d69f4dc-wljfm   1/1     Running             0          1s
demo-deployment-75b4bd45c5-b9s9s   0/1     Terminating         0          2m6s
demo-deployment-75b4bd45c5-b9s9s   0/1     Terminating         0          2m6s
demo-deployment-75b4bd45c5-r2hzj   1/1     Terminating         0          2m11s
demo-deployment-75b4bd45c5-r2hzj   0/1     Terminating         0          2m12s
demo-deployment-75b4bd45c5-r2hzj   0/1     Terminating         0          2m12s
demo-deployment-75b4bd45c5-r2hzj   0/1     Terminating         0          2m12s
demo-deployment-75b4bd45c5-r2hzj   0/1     Terminating         0          2m12s

Recreate Strategy​

實作 Recreate Strategy​

Rolling Update Strategy​

參數詳細說明​

minReadySeconds​

maxSurge​

maxUnavailable​

常見配置​

實作 Rolling Update Strategy​