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Oct 21, 2020

自动化部署: 从脚本到 K8s

k8-logo

如果公司有专业运维，项目的部署上线过程一般来说开发者都不会接触到。但是很不幸，我所在的团队没有独立的运维团队，所以一切都得靠自己（与同事）。

以下都只是工作中逐步优化得到的经验总结，并且只以 Node.js 程序部署为例。

# 部署上线的原始版本

# 流程图

举例：服务器使用 PM2 管理部署。纯手工操作：

# 总结

整个过程耗时 10~30 分钟不等。

优点：

  1. 不依赖任何工具/系统
  2. 适用于任何分支

缺点：

  1. 麻烦、耗时
  2. 易出错
  3. 无法持续部署
  4. 多节点怎么办？

# 基于 CI 系统的全自动版本

一般来说企业都会有一套 CI 系统，可能是传统的 Jenkins，也可能是 Gitlab CI / Github Actions / Travis CI / Circle CI 等等。它们之间大同小异，都是通过某种方式写好若干份配置文件，当某些操作（如 git push）触发时以及满足某种条件（如当前分支为发布分支，或提交了 tag 等）执行某些任务。

这里使用 Gitlab CI 举例，CI/CD 通过 Gitlab Runner 完成，服务器使用 PM2 管理部署。

# 流程图

# 技术细节

配置文件 .gitlab-ci.yml:

image: node

before_script:
  - yarn --frozen-lockfile

stages:
  - test
  - build
  - deploy

# 代码测试
test:
  stage: test
  script:
    - npm run lint
    - npm run test
  tags:
    - node

# 前端代码构建测试
build-frontend:
  stage: build
  script:
    - npm run build
  tags:
    - node

# 发布 dev 环境，其他环境略
deploy-dev:
  stage: deploy
  # 仅在 release-dev 分支上执行改任务
  only:
    - release-dev 
  script:
    - npm run build:dev
    - scp -r . user@host:~/path/to/deploy
    - ssh user@@host "
        pm2 delete -s frontend || true &&
        pm2 delete -s server || true &&
        pm2 serve /path/to/deploy/frontend/ 8080 --name frontend &&
        yarn --cwd /path/to/deploy/server/ &&
        pm2 start /path/to/deploy/server/server.js --name server"
  tags:
    - node

# ...

# 总结

优点：

  1. 全过程仅依赖 Gitlab 与 Gitlab Runner （基于或不基于容器）
  2. 全自动测试，提交到发布分支则全自动部署，测试失败的代码不会被部署

缺点：

  1. 需要在 Gitlab 上配置远程机器的登录凭证（账号/密码），或在 Runner 机器上配置 ssh key
  2. Runner 会拥有部署机器的访问权限
  3. 多节点？运维？

# Gitlab 与 Agent 平台结合的半自动版本

为了解决上述 Runner 机器权限过高的问题，这个版本引入了 Agent 平台的概念。每个企业使用的平台可能有所区别，有可能是自研的（如我司），也有可能是外部提供的的（如「宝塔」）。但大体功能基本一致。

该版本中：

  1. CI 通过 Gitlab Runner 完成。任务完成后会将代码打包，并放置于服务器上的某个位置，该位置通过 Nginx 暴露（仅对内）
  2. CD 通过 Agent 平台完成。Agent 从上一步暴露的地址中下载代码，解压缩并放置到指定位置，重启 PM2 服务

# 流程图

# 总结

这一个版本中，CI 系统的配置简化了，去除部署部分的任务即可。至于 Agent 平台的配置方式，可能是一个完整的 bash 脚本，也可能是其它配置，就不在此展开了。

优点：

  1. CI 过程全自动
  2. CI/CD 权限解耦
  3. 适用于各种分支

缺点：

  1. 非线上发布过程也需要手动完成，麻烦
  2. 严重依赖 Agent 平台
  3. 运维？

# Gitlab 与 k8s 结合的全自动版本 v1

k8s (kubernetes) 是一个容器集群部署管理系统。

容器基础知识：

  1. 镜像 Image (opens new window)
  2. 容器 Container (opens new window)

k8s 基础知识：

  1. 工作单元 pod (opens new window)
  2. 服务 service (opens new window)
  3. 节点 node (opens new window)
  4. Kustomize (opens new window)

# 流程图

# 技术细节

Dockerfile:

FROM alpine

RUN apk add --no-cache --update nodejs nodejs-npm yarn
RUN adduser -u 1000 -D app -h /data

USER app

COPY --chown=app start.sh /data/start.sh

WORKDIR /data

EXPOSE 8000
ENTRYPOINT [ "sh", "/data/start.sh" ]

start.sh:

#!/usr/bin/env sh

# 从文件服务器获取该版本包
VERSION_DEPLOY_HTTPCODE=`curl -s "https://xxx/${VERSION}" -o pkg.tgz -w "%{http_code}"`
if [ "$VERSION_DEPLOY_HTTPCODE" == "200" ]; then
    echo "using version: ${VERSION}"
    tar zxf pkg.tgz
else
    echo "version package not exist: ${VERSION}"
    exit 1
fi

sh deploy.sh

kill 实现：

// koa
router.all('/api/kill', async (ctx, next) => {
  if (!IS_PROD) {
    ctx.body = 'ok'
    process.exit(0)
  } else {
    next()
  }
})

# 总结

优点：

  1. CI 过程全自动
  2. 非线上环境 CD 全自动，线上环境 CD 手动指定版本，兼顾方便与安全
  3. 无需配置远程机器权限

缺点：

  1. k8s 使用原始镜像启动 pod，拉取代码与安装依赖的过程非常耗时（每次启动都是全新镜像，无缓存）。
  2. CD 过程不确定性较多，存在代码文件服务器故障、依赖安装故障等风险。
  3. kill 指令发出后服务会暂时不可用。
  4. 多节点？

# Gitlab 与 k8s 结合的全自动版本 v2

为了解决上面的问题 3/4，引入 Consul 对 CI/CD 过程做出了改进。

Consul 是为基础设施提供服务发现和服务配置的工具，包含多种功能，这次用到了其中两个功能：

  1. 服务发现
  2. 健康检查

# 流程图

# 技术细节

这个流程里面涉及到几个问题：

# 关于“逐个发送 kill 指令”

虽然通过 Consul 可以获取到所有运行中 pod 的 ip 及端口，但是如果集中发送 kill 命令仍然会造成服务不可用。目前我司服务端的 CI 就有这个问题，他们虽然每个 kill 会有一段固定时间的 sleep 间隔，但无法保证下一个 kill 发出时上个服务时候已重启完毕。

为了解决这个问题，我写了一个脚本。

流程：

代码：

#! /usr/bin/env node

/**
 * 此脚本在gitlab-runner中作为CI的最后一步执行
 * 在非线上环境中可以对容器进行逐个重启，尽量减少downtime
 */

// 确保线上环境不执行此脚本
if (process.env.NODE_ENV === 'production') {
  return
}

const http = require('http')

function request (host, port, path) {
  return new Promise(((resolve, reject) => {
    const req = http.request({
      hostname: host,
      port: port,
      path: path,
      method: 'GET',
      timeout: 1,
      headers: {
        'Content-Type': 'application/json'
      }
    }, function (res) {
      res.setEncoding('utf8')
      let data = ''
      res.on('data', (chunk) => {
        data += chunk
      })
      res.on('end', () => {
        resolve({
          status: res.statusCode,
          data
        })
      })
    })
    req.on('error', e => {
      console.log(e.message)
      resolve()
    })
    req.end()
  }))
}

async function sleep (time) {
  return new Promise((resolve) => {
    setTimeout(resolve, time)
  })
}

(async () => {
  // 各环境的consul请求地址
  // 具体使用时需要填入指定 host 与 port
  const apiMap = {
    development: ['host', 'port'],
    qa: ['host', 'port'],
    pp: ['host', 'port']
  }
  // 从consul获取已注册pod列表
  const api = apiMap[process.env.NODE_ENV]
  const res = await request(api[0], api[1], api[2])
  if (!res || !res.data) {
    console.log('consul find service failed, exiting...')
    return
  }
  console.log('consul raw:', JSON.stringify(res.data))
  const pods = JSON.parse(res.data).map(v => [v.Service.Address, v.Service.Port])
  console.log('consul services:', JSON.stringify(pods))
  // 循环杀进程
  for (let i = 0; i < pods.length; i++) {
    const pod = pods[i]
    console.log('-------------')
    console.log(pod[0], pod[1])
    // 重启一个pod
    const killRes = await request(pod[0], pod[1], `/api/kill`)
    if (killRes && killRes.status === 200) {
      // kill返回成功，这个节点原本是活着的才继续监测它的状态
      console.log(pod[0], 'killed.')
      if (i === pods.length - 1) {
        // 已经杀完了最后一个pod，无需继续等待重启，直接退出
        process.exit(0)
      }
      let isServerUp = false
      // let isFrontendUp = false
      // 每个pod最多检测12次（2分钟），超过时间则放弃，直接重启下一个pod
      let tryTimes = 12
      // 循环检测是否重启成功
      do {
        console.log(pod[0], 'waiting for pod up...', tryTimes)
        // 每10秒检测一次
        await sleep(10 * 1000)
        console.log(pod[0], 'check if pod up...')
        // 如果返回200表示已服务已重新启动
        const serverRes = await request(pod[0], pod[1], `/api/health-check`)
        isServerUp = !!(serverRes && serverRes.status === 200)
        console.log(pod[0], 'pod server up:', isServerUp)
        // 等待 k8s readinessProbe 开始，节点被认为已存活，则可以对外访问
        if (isServerUp) {
          const waitSecondsStr = process.env.WAIT_FOR_PROBE_SECONDS || '10'
          const waitSeconds = parseInt(waitSecondsStr)
          if (isNaN(waitSeconds) || waitSeconds >= 120 || waitSeconds < 0) {
            // 最大等待120秒，超过视为参数错误
            console.log(pod[0], `WAIT_FOR_PROBE_SECONDS is invalid, skip waiting for prob.`)
          } else {
            console.log(pod[0], `pod is up internally, but need to wait for live probe (${waitSeconds}s)...`)
            await sleep(waitSeconds * 1000)
          }
        }
      } while (!isServerUp && --tryTimes > 0)
    } else {
      console.log(pod[0], 'kill failed, skip.')
    }
  }
})()

在 gitlab-ci 的最后一步执行此脚本：

.gitlab-ci.yml:

# ...
deploy-dev:
  stage: deploy
  only:
    - release-dev
  script:
    - ./build.sh
    - NODE_ENV=development SERVICE_NAME=some-name npm_config_registry=http://private.registry.com npx restart-project-via-consul-script@latest
  tags:
    - node
# ...

# 关于“解注册所有同名服务”与“注册自己”

项目内部使用 https://www.npmjs.com/package/consul (opens new window) 来与 Consul 通信。

需要“解注册所有同名服务”的原因：

Consul 在注册服务时并没有类似“主键”的概念，一个 Consul 有多个 Agent，也就是说相同 ip、相同 id 的服务可能会在不同 Agent 上被注册多次，并且由于 pod 的 ip 是短暂的，每次重启 pod 获得的 ip 可能会有差异，因此如果不进行解注册就会导致从 Consul 上获得的服务与现实正在运行的不一致。

流程：

# 总结

优点：

  1. CI 过程全自动
  2. 非线上环境 CD 全自动，线上环境CD手动指定版本，兼顾方便与安全
  3. 无需配置远程机器权限
  4. 支持多节点
  5. 高可用性的重启

缺点：

  1. k8s 使用原始镜像启动 pod，拉取代码与安装依赖的过程非常耗时（每次启动都是全新镜像，无缓存）。
  2. CD 过程不确定性较多，存在代码文件服务器故障、依赖安装故障等风险。

为什么会做成这个样子呢，因为我司的服务端使用 golang 是走的这一套流程，但是使用 golang 打包编译出的是一个二进制文件，镜像直接拉取就可以启动，不需要依赖安装等步骤。因此他们使用这种方式的缺点并不明显。但是对于 Nodejs 程序来说，这依然是一个较大缺陷。

# Gitlab 与 k8s 结合的全自动版本 v3

为了解决上面的问题 1/2，这个版本更改了代码部署到 k8s 的方式：使用完整的预构建镜像，而不是空白镜像。

# 流程图

# 技术细节

build.sh:

echo "Process: 构建 Docker 镜像..."
docker build -t wohx-${PROJECT_NAME}:${COMMIT_SHA} .
docker tag wohx-${PROJECT_NAME}:${COMMIT_SHA} private.registry.com/${PROJECT_NAME}:${COMMIT_SHA}
docker tag wohx-${PROJECT_NAME}:${COMMIT_SHA} private.registry.com/${PROJECT_NAME}:${BRANCH}-latest

echo "Process: 上传 Docker 镜像..."
docker push private.registry.com/${PROJECT_NAME}:${COMMIT_SHA}
docker push private.registry.com/${PROJECT_NAME}:${BRANCH}-latest

Dockerfile:

FROM alpine
RUN apk add --no-cache --update nodejs nodejs-npm yarn
RUN adduser -u 1000 -D app -h /data
USER app
WORKDIR /data
EXPOSE 8000
# server 确保在 yarn.lock 与 package.json 没有改变的情况下，此层能被缓存
# frontend 的 node_modules 已在 .dockerignore 中忽略，无需关注
RUN mkdir ./server && mkdir -p ./frontend/dist
COPY --chown=app server/yarn.lock server/package.json ./server/
RUN yarn --ignore-engines --cwd /data/server/
# 启动脚本
COPY --chown=app ./start.sh ./
# server 源代码层
COPY --chown=app ./server ./server/
# frontend dist 层
COPY --chown=app ./frontend/dist ./frontend/dist
# entry
# CMD [ "node", "./server/server.js" ]
# start.sh 允许 k8s 自定义启动逻辑
ENTRYPOINT [ "sh", "/data/start.sh" ]

# 总结

优点：

  1. CI过程全自动
  2. 非线上环境CD全自动，线上环境CD手动指定版本，兼顾方便与安全
  3. 无需配置远程机器权限
  4. 支持多节点
  5. 高可用性的重启
  6. 预构建的镜像，CD 阶段开箱即用，无任何依赖

缺点：

  1. 为了使每个 pod 能够获得一个稳定的名称（用于在 Consul 中注册、解注册），部署类型使用了 Statefulset，因此带来了一些本来不需要的特性。

Last Updated: 6 months ago

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