kubernetes-deployment-patterns

Kubernetes 部署模式

为生产级 Kubernetes 部署提供专家指导，涵盖部署策略、工作负载类型、配置管理、资源优化，以及云原生应用的自动扩缩容模式。

何时使用此技能

• 实施部署策略（滚动更新、蓝绿部署、金丝雀发布）
• 选择合适的工作负载类型（Deployment、StatefulSet、DaemonSet、Job）
• 设计零停机部署的发布策略
• 使用 ConfigMaps 和 Secrets 实施配置管理
• 设置资源管理和自动扩缩容（HPA、VPA）
• 配置运行状况检查和探针策略
• 在 Kubernetes 上设计高可用应用
• 实施批处理和定时任务

核心概念

部署策略

滚动更新： 逐步将旧 Pod 替换为新 Pod（零停机，默认策略） 重新创建： 创建新 Pod 前先终止所有旧 Pod（短暂停机） 蓝绿部署： 运行两个环境，即时切换流量（资源用量翻倍） 金丝雀发布： 在监控的同时逐步将流量转移到新版本（降低风险）

工作负载类型

Deployment： 无状态应用（Web 服务器、API、微服务） StatefulSet： 有状态应用（数据库、消息队列） DaemonSet： 节点级服务（日志收集器、监控 Agent） Job： 一次性任务（批处理、迁移） CronJob： 定时任务（备份、定期报告）

资源管理

Requests： 调度时保证的资源 Limits： 由 kubelet 强制执行的资源上限 HPA： 水平 Pod 自动扩缩容器（根据指标扩缩副本） VPA： 垂直 Pod 自动扩缩容器（调整资源 requests/limits）

快速参考

任务	加载参考资料
部署策略（滚动、蓝绿、金丝雀）	skills/kubernetes-deployment-patterns/references/deployment-strategies.md
工作负载类型（Deployment、StatefulSet、DaemonSet、Job）	skills/kubernetes-deployment-patterns/references/workload-types.md
配置管理（ConfigMaps、Secrets）	skills/kubernetes-deployment-patterns/references/configuration-management.md
资源管理和自动扩缩容（HPA、VPA）	skills/kubernetes-deployment-patterns/references/resource-management.md
生产环境最佳实践和安全	skills/kubernetes-deployment-patterns/references/production-best-practices.md

工作流

1. 选择部署策略

# Rolling update for standard deployments
strategy:
  type: RollingUpdate
  rollingUpdate:
    maxSurge: 1
    maxUnavailable: 0

# Recreate for incompatible versions
strategy:
  type: Recreate

2. 选择工作负载类型

• 无状态？ → 使用 Deployment
• 有状态且需要持久标识？ → 使用 StatefulSet
• 每个节点运行一个 Pod？ → 使用 DaemonSet
• 运行至完成？ → 使用 Job
• 按计划运行？ → 使用 CronJob

3. 配置资源

resources:
  requests:
    memory: "256Mi"
    cpu: "250m"
  limits:
    memory: "512Mi"
    cpu: "1000m"

4. 添加配置

# ConfigMap for non-sensitive config
envFrom:
- configMapRef:
    name: app-config

# Secret for sensitive data
env:
- name: DB_PASSWORD
  valueFrom:
    secretKeyRef:
      name: db-credentials
      key: password

5. 实施运行状况检查

livenessProbe:
  httpGet:
    path: /healthz
    port: 8080
  initialDelaySeconds: 30
  periodSeconds: 10

readinessProbe:
  httpGet:
    path: /ready
    port: 8080
  initialDelaySeconds: 5
  periodSeconds: 5

6. 启用自动扩缩容

apiVersion: autoscaling/v2
kind: HorizontalPodAutoscaler
spec:
  scaleTargetRef:
    kind: Deployment
    name: app
  minReplicas: 2
  maxReplicas: 10
  metrics:
  - type: Resource
    resource:
      name: cpu
      target:
        type: Utilization
        averageUtilization: 70

常见错误

1. 使用 latest 标签： 始终使用特定版本标签，以确保可复现性
2. 未设置资源限制： 可能导致资源匮乏和集群不稳定
3. 缺少运行状况检查： 没有探针时，Kubernetes 无法管理 Pod 的运行状况
4. 生产环境仅使用一个副本： 不具备高可用性或弹性
5. 将机密信息放在 ConfigMaps 中： 敏感数据应使用 Secrets，而非 ConfigMaps
6. 未设置更新策略： 会导致部署行为不可预测
7. 以 root 身份运行： 存在安全漏洞，违反最小权限原则
8. 未进行监控： 无法发现或排查生产环境中的问题

Resources

• Official Docs: https://kubernetes.io/docs/concepts/workloads/
• Deployment Strategies: https://kubernetes.io/docs/concepts/workloads/controllers/deployment/
• StatefulSets: https://kubernetes.io/docs/concepts/workloads/controllers/statefulset/
• Autoscaling: https://kubernetes.io/docs/tasks/run-application/horizontal-pod-autoscale/
• Configuration: https://kubernetes.io/docs/concepts/configuration/
• Best Practices: https://kubernetes.io/docs/concepts/configuration/overview/