怎么在Kubernetes部署期间正确处理DB模式

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正文：

Architecture（架构）

让我们思考一下以下“two-tier”场景。

•   一个具有多个无状态微服务副本的“应用程序层”

•   一个具有一个数据库的“数据库层”（在实际生产中，为了冗余可能还有多个副本）

•   有一个用于创建和读取用户的API

• “数据库层”负责数据持久化

实施：自顶向下

Services（服务）

上图所示的应用层和数据库层通过底层服务实现，Services本质提供：

•   DNS名称，以便可以轻松将请求发送到“tier”

•   将请求透明路由到底层Pods

Pods

微服务和数据库的运行都是在一个封闭的容器内，以达到资源隔离。这些容器本身封装在Pods中，Pods是Kubernetes中最小的可部署单元。

Deployments（部署）

配置Pod副本的数量以及其生命周期的管理是由部署完成的，这是我们解决问题需要注意的一点。

Database Migrations（数据库迁移）

但当您更改微服务代码时，您还需要更改数据模式使其适配。一个简单的方法就是通过数据库迁移。步骤如下：

1.       将您的架构版本化；

2.       将每个更改写入专用脚本（也被称为“migration”）模式中，该脚本可以通过版本号识别；

3.       将所有的脚本与代码打包；

4.       在启动时，检查您的架构版本，如果它已经过期，应用必要的迁移，以便与模式匹配。

这种方法的优点：

•   简单：在运行时不会引入新的移动基础架构；

•   易于部署：在开发、测试和生产阶段，您都将拥有正确的版本模式。

目前效果

Kubernetes让我们很容易的就实现了上述设置，它为我们完成了很多复杂工作，将整个工序简化了很多。

实际上，上面描述的整个“应用程序层”基本上都是在以下两个YAML清单中配置的：

但是，上面的内容并不能提供所有您需要的特性，您也许想问如下一些问题：

•  在部署新版本期间会发生什么？会出现宕机吗？容量如何变化？

•  如果犯了一个错误，新版本在部署时崩溃怎么办？

•  如果微服务在运行一段时间后崩溃，会发生什么？

•  如果需要回滚应该怎样做？

现在就让我们解答一下这些问题：

实施：细节决定成败！

Rolling Out（推出）

默认情况下，Kubernetes使用“rolling update”策略部署Pod，一次删除1个旧Pod（maxUnavailable: 1）并添加1个新Pod（maxSurge: 1），这意味着有3个副本，在滚动新版本时，您将暂时失去33%的能力去服务终端用户。

让我们通过将maxUnavailable更改为0来解决此问题。首先，Kubernetes将部署一个新的Pod，并且只有在部署成功时才能删除旧的Pod。但缺点是，集群中需要备用的容量来临时运行这个额外的副本，所以如果您容量已满，则可能需要添加额外的节点。

但优点是，理论上零停机不会对终端用户产生影响。

Readiness（准备就绪）

当Kubernetes认为它已经“准备好（ready）”时，它会在其服务器的负载均衡中添加一个Pod。默认情况下，“ready”只意味着Pod的所有容器已经启动，Kubernetes可以执行它们。但是，如果要建立数据库的连接，并在启动时运行模式迁移，可能会需要一段时间，很显然我们需要更好的定义"ready"。

从业务的角度看，我们的微服务已经准备就绪，可以开始响应终端用户的请求。因此，我们可以通过配置 HTTP readinessProbe将确切的信息告诉Kubernetes 。此外，我们需要在启动HTTP服务器之前创建数据库连接并运行迁移。

一般来说，在每个Pod推出后稍等片刻也不是什么坏事。

现在，如果我们在启动时崩溃了，或者无法连接到数据库，新部署失败的Pod将不会被添加到“应用程序层”的负载均衡中，而rollout将在那里停止。这意味着，即使在这个阶段出现问题也不会影响到最终用户。

Liveness（活跃度）

Kubernetes还会定期检查Pod是否还“活着”，默认情况下也是如此。在我们的示例中，如果数据库客户端以某种方式进入损坏状态，我们也许希望Kubernetes从负载均衡器中删除受影响的pod，然后启动一个新的。这可以通过添加检查（理想情况下，会代表系统的健康状况）、将其揭示给Kubernetes或者配置一个livenessProbe来实现。

Rolling back（回滚）

但是如果操作失败，你也许想要回滚到最新的工作版本。良好的工程实践可以帮助实现这一点。在我们的场景中，最主要的是我们微服务数据库模式的向后兼容性。

例如，添加列并明确选择列，我们将可以在最新模式下运行先前版本的微服务，并且允许从v1.1.0平稳回滚到v1.0.0，而无需更改任何模式。

重命名列将不能向后兼容。在这种情况下，您也许想使用“down migrations”恢复到以前的架构版本。但需要注意的是，前后滚动将打破“零停机时间”。实际上，终端用户会遇到各种暂时性错误，这取决于他们部署的阶段和遇到的副本。如果您不能接受这样的错误，你可能需要先推出一个能够同时支持新旧两种模式的微服务版本（通过拥有两个客户端，选择正确的一个或者同时尝试两个），然后推出具有迁移性的另一个版本，以便进行模式更改。

这中间可能会出现很多问题，所以需要你仔细测试一下。

对于大型系统，您可能需要研究“blue-green deployments（蓝绿部署）”，但这实现起来会很困难。

少说话，多行动！

想要实现这些设置，可以参考以下建议。

我们建议使用Weave Cloud，因为它可以使前后滚变得简单易行，并且还可以在您更改系统时提供完整的系统可观性。

例如，您可以使用Weave Cloud可视化设置：可以在推出新版本的微服务时，确保新副本正在处理流量：

并且您可以任意查询收集到的指标，并清楚的看到新版本（蓝色垂直线）的影响。

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