קוברנטיס: Deployments ו ReplicaSets

בפוסט הקודם על קוברנטיס, הגדרנו Pod - יחידת ההרצה הקטנה ביותר בקוברנטיס.
סיימנו בכך ש Pod שנוצר בגפו, מה שקרוי ״Naked Pod״ - ואיננו בעל שרידות גבוהה: אם הוא קרס, או ה node שבו הוא רץ קרס / נסגר - קוברנטיס לא יחדש אותו.

בפוסט הזה נציג סמנטיקה מרכזית נוספת בעבודה עם קוברנטיס: ה Deployment - המכמיסה בתוכה סמנטיקה בשם ReplicaSet אותה נסביר גם כן. הסמנטיקות הללו הן מה שמאפשרות להגדיר/לעדכן pods כך שיהיו resilient. זוהי תכונה קריטית שאנו מקבלים מקוברנטיס, ולא היינו מקבלים מ Dokcer לבדו.

בואו נתחיל.

Resilient Pods

בכדי ליהנות מיכולת מתקדמות של קוברנטיס כגון Self-Healing ו Auto-Scaling - עלינו להימנע מהגדרה של naked pods, ולהשתמש בסמנטיקה בשם ReplicaSet.

ReplicaSet הוא המקבילה של AWS Auto-Scaling-Group, מנגנון המוודא שמספר ה Pods שרצים:

• לא יורד ממספר מסוים (Auto-Healing)
• עולה בצורה דינאמית כאשר יש עומס על ה Pods (למשל: CPU utilization מעל 60%) - עד גבול מסוים שהגדרנו, ויורד בחזרה - כאשר העומס חולף.

למי שעבד עם שירותי-ענן, הצורך הזה אמור להיות ברור כשמש.

בעבודה עם קוברנטיס, אנחנו לא נעבוד בד"כ עם ReplicaSet, אלא עם סמנטיקה גבוהה יותר בשם Deployment. 

Deployment היא בעצם הסמנטיקה לעבוד איתה.

תרשים קונספטואלי ולא מדויק. נדייק אותו בהמשך.

מה Deployment מוסיף על ReplicaSet? במחשבה ראשונה נשמע שאנו זקוקים רק ל ReplicaSet.

ובכן, בואו ניקח תסריט מאוד נפוץ ויומיומי: עדכון Pod לגרסה חדשה יותר. ביצענו שינוי במיקרו-שירות הרץ כ Pod, ואנו רוצים לעדכן את הקוד שלו.

כפי שאנחנו זוכרים, צורת העבודה (המומלצת) עם קוברנטיס היא הגדרה דקלרטיבית:

• אנו מגדירים מצב רצוי
• קוברנטיס דוגם כל הזמן את המצב המערכת, ואם יש פעם בין המצב הנוכחי למצב הרצוי - היא פועלת לסגירת הפער. 

נניח שיש לנו 3 Pod replicas של מיקרו-שירות, הרצים כולם בגרסה 11 (למשל: build number). אנו רוצים לעדכן אותם לגרסה 12.

אם פשוט נעדכן את קוברניס שאנו רוצים את ה Pod replicas בגרסה 12, עלול לקרות המקרה המאוד-לא-רצוי הבא:

1. קוברנטיס רואה שלא רוצים יותר את גרסה 11 - הוא מכבה את כל ה Pod replicas בגרסה הזו.
2. לא טוב! מרגע זה אנחנו ב downtime.
3. קוברנטיס רואה שרוצים את גרסה 12 - הוא מתחיל להריץ Pod replicas של הגרסה הזו.
4. אבוי! בגרסה 12 יש באג בקוד, והמיקרו-שירות לא מצליח לרוץ.
5. קוברנטיס יוצר Log מפורט וברור של הבעיה - אבל עד שלא נטפל בה בעצמנו - אנחנו ב Full Downtime.

זה בהחלט לא תסריט שאנו רוצים שיהיה אפשרי בסביבת Production!

Deployment, לשמחתנו, מוסיף את היכולות / האחריות הבאה:

• ביצוע סדר הפעולות בצורה נכונה - כך שתמיד יהיו מספיק Pods שרצים.
• בחינת (probing) ה Pod replicas החדשים - ו rollback במקרה של בעיה.
• למשל: בדוק שה pod replica החדש שעלה הוא תקין (ע״פ תנאים מסוימים, מה שנקרא Readiness check) - לפני שאתה מעלה עוד pod replicas מהגרסה החדשה או מוריד עוד ישנים.
• ישנן מגוון הגדרות בכדי לשלוט בהתנהגות המדויקת.

בתרשים למעלה ערבבתי, לצורך הפשטות, בין entities שהם קונפיגורציה (באפור: deployment, replica set) לבין entities של זמן-ריצה (בכתום: Pod replica). אני רוצה כעת לדייק את הדברים בעזרת התרשים הבא:

קונספט ארכיטקטוני מרכזי בקוברנטיס הוא ה Controllers, שהם בעצם מעין Modules או Plug-Ins של סביבת הניהול של קוברנטיס (ה Control Plane). ה Controllers מאזינים ל API Server הפנימי של קוברנטיס אחר שינויים על ה Resource הרלוונטי להם (Deployment, Service, וכו') או שינויים בדרישות - ואז מחילים את שינויים נדרשים.

בעיקרון ה Controllers רצים ב Reconciliation loop (כמו event loop) שנקרא כך בגלל שכל פעם שיש אירוע (שינוי שנדרש) הם מבצעים פעולה על מנת "ליישר קו" (reconcile) וכך, לעתים בצעדים, ה loop דואג שכל הזמן המצב בשטח יגיע במהרה למצב שהוגדר. מדי כמה זמן הם בודקים את סה"כ ההגדרות ומגיבים לפער - אם קיים. כלומר: גם אם event מסוים פוספס / לא טופל - תוך זמן קצר ה controller יגלה את הפער וישלים אותו.

בניגוד להפשטה המוצגת בתרשים למעלה, Controllers לעולם לא יתקשרו ישירות אחד עם השני (אחרת: הם לא יהיו Pluggable). כל קריאה היא ל API Server, למשל "צור משאב מסוג Replication", שבתורו יפעיל אירוע מתאים שייקלט ע"י ה Replication Controller ויוביל לפעולה.

אנחנו נראה בהמשך את ההגדרות של ה Deployment ואת ה template המדובר.

הנה תיאור דינאמי של תהליך ה deployment:

ה Deployment ישמור את ה replica set הקודם (ועליו כל ההגדרות), על מנת לאפשר תהליך של Rollback.
כמובן שההתנהגות המדויקת של שלב ה Mid (ליתר דיוק: סדרת שלבי ה mid) תלויה מאוד באסטרטגיית ה Deployment שנבחרת.

אני מניח שאתם מכירים את 2 האסטרטגיות המרכזיות, המקובלות בכלל בתעשייה: Rolling deployment ו Blue/Green deployment.
קוברנטיס לא תומך היום (בעת כתיבת הפוסט) ב Blue/Green deployments כיכולת-ליבה (אם כי יש מדריכים שמראים כיצד ניתן להשיג זאת, על בסיס יכולות קיימות של קוברנטיס - הנה דוגמה לאחד).

בכלל, כל נושא ה deployments הוא GA רק מגרסה 1.9 (תחילת 2018). כיום קוברנטיס תומך רק באסטרטגיות: "Recreate" (אסטרטגיה סופר פשוטה, בה יש downtime בהגדרה) ו "RollingUpdate" (ברירת המחדל).

הנה שני מקורות, המציגים כ"א כמה תסריטי deployment אפשריים, בהתבסס על יכולות הליבה של קוברנטיס:

• מצגת של Cloud Native Computing Foundation (בקיצור: CNCF) - הארגון שהוקם על מנת לקחת אחריות על פרויקט קוברנטיס, ולנהל אותו כ Open Source בלתי-תלוי. יש גם סיכום one-pager של האסטרטגיות שהוא מציג. 
• פוסט של ארגון בשם Container Solutions - שגם הוא מציג בצורה ויזואלית יפה, את משמעות האסטרטגיות השונות (סט דומה, אך לא זהה לקודם).

הגדרת Deployment בפועל

בלי לקשקש הרבה, נגדיר manifest של deployment:

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: hello-deploy
  labels:
    app: hello-world-deployment
spec:
  replicas: 4
  selector:
    matchLabels:
      app: hello-world
  strategy:
    type: RollingUpdate
    rollingUpdate:
      maxUnavailable: 1
      maxSurge: 1
  minReadySeconds: 5
  template:
    metadata:
      labels:
        app: hello-world
        env: dev
        version: v1
    spec:
      containers:
      - name: hello-pod
        image: hello-world:latest
        ports:
        - containerPort: 8080
          protocol: TCP

אתם כבר אמורים להכיר את 3 המפתחות הראשונים, ולכן נתמקד ב spec:

• את הגדרת ה pod ניתן למצוא תחת ה template והן זהות ל Pod שהגדרנו בפוסט הקודם (מלבד label אחד שהוספנו). שימו לב שה metadata של ה Pod מופיע תחת template, ולא במפתח ה metadata של ה manifest.
• replicas הוא מספר העותקים של ה pod שאנו רוצים להריץ. 
• ה selector משמש לזיהוי חד משמעי של סוג ה pod שאנו מתארים. חשוב שניתן label "יציב" שבעזרתו קוברנטיס יידע לקשר ולהשוות אם היו שינויים בין pod templates. אם היה שינוי - עליו לבצע deploy.
• למשל: אם שינינו גם את label הגרסה וגם את ה image - איך אפשר לקשר בוודאות שמדובר באותו האפליקציה, ולא בחדשה?
• מקובל להשתמש ב label בשם app או app.kubernetes.io/name. 
• ל labels ניתן להוסיף namespace וקוברנטיס מציע כמה שמות "סטנדרטים" ל labels. אני לא יודע כמה השימוש בהם באמת נפוץ.
• על אסטרטגיית ה deployment כבר דיברנו. הנה 2 פרמטרים חשובים של אסטרטגית rolling deployment:
• maxUnavailable - הכמות המרבית המותרת של pods שאינם זמינים תוך כדי פעולת deploy. הדבר משפיע כמה pods קוברנטיס יכול "להוריד במכה" כאשר הוא מתקין גרסה חדשה. המספר מתייחס למספר ה pods התקינים בגרסה הישנה + החדשה ביחד, וברירת המחדל היא 25%. ניתן גם לקבוע 0.
• maxSurge - הוא פחות או יותר הפרמטר ההופכי: כמה pods חדשים ניתן להרים "במכה". ככל שהמספר גדול יותר - כך ה rolling deployment עשוי להיות מהיר יותר. גם כאן ברירת המחדל היא 25%.
  בקיצור גמור: אם יש לנו 4 pod replicas, הערכים שקבענו ב manifest יבטיחו שה cluster תמיד יכיל בין 3 ל 5 pod replicas בזמן deployment.
• minReadySeconds - שדה רשות (ערך ברירת מחדל = 0) שמציין כמה שניות לחכות לאחר שה pod מוכן ("ready") לפני שמעבירים לו תעבורה. ההמתנה הזו היא פרקטיקה מקובלת, מכיוון שהנזק מ pod בעייתי שמחובר ל production traffic - עשוי להיות משמעותי. אפשר להיתקל גם בערכים של 20 ו 30 שניות. חשוב להזכיר שערך גבוה יאט את תהליך ה rolling deployment מכיוון שאנו ממתינים ל minReadySeconds - לפני שאנו ממשיכים להחליף עוד pods.
• כאן שווה להזכיר את ה Readiness & Liveliness Probes של קוברנטיס. קוברנטיס מריץ ב nodes רכיב טכני הרץ כ container ומבצע בדיקות Health-check על ה pods השונים ב node ומדווח את התוצאות הלאה. כל pod צריך לענות ל2 קריאות: well-known/live./ ו well-known/ready./
• מצב ה live הוא אות חיים בסיסי. המימוש המומלץ הוא פשוט להחזיר HTTP 200 OK מבלי לבצע פעולות נוספות. אם התשובה המתקבלת היא לא 2xx - קוברנטיס יאתחל את ה pod הזה מיד.
• מצב ה ready אמור להיות עשיר יותר, בד"כ בודקים גישה לבסיס הנתונים ("SELECT 1") או גישה למשאבים קריטיים אחרים ל Pod (למשל: גישה לרדיס, או שירותים אחרים הקריטיים לפעילות ה pod). אם האפליקציה עוברת עדכון (למשל: הטמעת קונפיגורציה חדשה / עדכון caches ארוך) - הדרך הנכונה היא להגדיר אותה כ "לא ready" בזמן הזה.
  אם התשובה ל ready היא שלילית, קוברנטיס עשויה לנתק אותו מתעבורה נכנסת עד שיסתדר. אם המצב מתמשך (ברירת המחדל = 3 כישלונות רצופים) - ה pod יעבור restart.
• שגיאה נפוצה היא להגדיר את live ו ready אותו הדבר - אבל אז מערבבים פעולות live יקרות מדי, ו restarts מיותרים של pods (כי עשינו restart בעקבות live אחד שכשל, נניח - מתקלת רשת נקודתית ואקראית).

את המניפסט, כמובן, מחילים כרגיל:

$ kubectl apply -f my-deployment.yaml

נוכל לעקוב אחר מצב ה deployment בעזרת הפקודה:

$ kubectl get deployment hello-deploy

אם אנו מגלים שהגרסה לא טובה (נניח: עלה באג חדש ומשמעותי לפרודקשיין), אנו יכולים לבצע rollback. הפקודה:

$ kubectl rollout history deployment hello-deploy

תציג לנו רשימה של revisions של ה deployment. נניח שאנו רוצים לחזור לגרסה 1, עלינו לפקוד:

$ kubectl rollout undo deployment hello-deploy --to-revision=1

כאשר מדובר ב RollingDeployment, ה rollback כמובן הוא deploy בפני עצמו שייקח זמן, ויעבוד לפי אותם הכללים של deploy חדש. תאורטית אנו יכולים פשוט לשנות את ה deployment.yaml בחזרה  למצב הקודם ולבצע deploy חדש - אי כי זה פחות מומלץ, אפילו רק מטעמי תיעוד.

סיכום

סקרנו את משאבי ה ReplicaSet וה Deployment בקוברנטיס - הדרך העיקרית לעדכן את המערכת ב pods חדשים / מעודכנים, בצורה Resilient.
על הדרך, הרחבנו מעט את ההבנה כיצד קוברנטיס עובד.

עדיין, לאחר שביצענו deployment לא נוכל לגשת ל pods שלנו (בקלות הרצויה). לשם כך עלינו להגדיר עוד משאב-ליבה בקוברנטיס בשם Service, המתייחס ל"קבוצה של Pod replicas בעלי אותו הממשק".

סמנטיקת ה Service מתוכננת להיות הנושא לפוסט הבא בסדרה.

שיהיה בהצלחה!