【GitOps系列】如何实施自动化渐进式交付？

寻花之梦~~2023-08-05 9:08

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前言

在实施金丝雀发布的过程中，我们通过 Argo Rollout 的金丝雀策略将发布过程分成了 3 个阶段，每个阶段金丝雀的流量比例都不同，经过一段时间之后，金丝雀环境变成了新的生产环境。实际上，这也是一种渐进式的交付方式，它通过延长发布时间来保护生产环境，降低了发生生产事故的概率。

不过，这种渐进式的交付方式存在一个明显的缺点：无法自动判断金丝雀环境是否出错?

这可能会导致一种情况，当金丝雀环境在接收生产流量之后，它产生了大量的请求错误，在缺少人工介入的情况下，发布仍然按照计划进行，最终导致生产环境故障。

为了解决这个问题，我们希望渐进式交付变得更加智能，一个好的工程实践方式是： 通过指标分析来自动判断金丝雀发布的质量，如果符合预期，就继续金丝雀步骤；如果不符合预期，则进行回滚。 这样，也就能够避免将金丝雀环境的故障带到生产环境中了，这种分析方法也称之为金丝雀分析。

自动渐进式交付概述

相比较金丝雀发布，自动渐进式交付增加了 Prometheus、Analysis Template 和 AnalysisRun 对象。其中，Analysis Template 定义用于分析的模板，AnalysisRun 是分析模板的实例化，Prometheus 是用来存储指标的数据库。

自动渐进式交付流程图：

自动渐进式交付开始时，首先会先将金丝雀环境的流量比例设置为20%并持续两分钟，然后将金丝雀环境的流量比例设置为40%并持续两分钟，然后再以此类推到 60%、80%，直到将金丝雀环境提升为生产环境为止。
从第二个阶段开始，自动金丝雀分析开始运行，在持续运行的过程中，如果金丝雀分析失败，那么金丝雀环境将进行自动回滚。这样就达到了自动渐进式交付的目的。

自动渐进式交付准备

创建生产环境

创建用于模拟生产环境的 Rollout 对象、Service 和 Ingress.

yaml 复制代码 
cat rollout-with-analysis.yaml 
apiVersion: argoproj.io/v1alpha1
kind: Rollout
metadata:
  name: canary-demo
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: canary-demo
  strategy:
    canary:
      analysis:
        templates:
        - templateName: success-rate
        startingStep: 2
        args:
        - name: traefik
          value: traefik-service
        #- name: ingress
        #  value: canary-demo
      canaryService: canary-demo-canary
      stableService: canary-demo
      trafficRouting:
        traefik:
          weightedTraefikServiceName: traefik-service
        #nginx:
        #  stableIngress: canary-demo
      steps:
      - setWeight: 20
      - pause:
          duration: 2m
      - setWeight: 40
      - pause:
          duration: 2m
      - setWeight: 60
      - pause:
          duration: 2m
      - setWeight: 80
      - pause:
          duration: 2m
  template:
    metadata:
      labels:
        app: canary-demo
    spec:
      containers:
      - image: argoproj/rollouts-demo:blue
        imagePullPolicy: Always
        name: canary-demo
        ports:
        - containerPort: 8080
          name: http
          protocol: TCP
        resources:
          requests:
            cpu: 5m
            memory: 32Mi

对比金丝雀发布的 Rollout 对象并没有太大差异，只是在 canary 字段下面增加了analysis字段，它的作用是指定金丝雀分析的模板，模板内容需单独创建。另外，这里同样使用了argoproj/rollouts-demo:blue镜像来模拟生产环境。

yaml 复制代码 
#创建生产环境和金丝雀环境所需要用到的 Service
cat canary-demo-service-v2.yaml 
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: canary-demo
  labels:
    app: canary-demo
spec:
  ports:
  - port: 80
    targetPort: http
    protocol: TCP
    name: http
  selector:
    app: canary-demo
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: canary-demo-canary
  labels:
    app: canary-demo
spec:
  ports:
  - port: 80
    targetPort: http
    protocol: TCP
    name: http
  selector:
    app: canary-demo

$ kubectl apply -f canary-demo-service-v2.yaml

#创建ingress
cat canary-demo-ingress-v2.yaml 
apiVersion: traefik.containo.us/v1alpha1
kind: IngressRoute
metadata:
  name: canary-demo
  labels:
    app: canary-demo
spec:
  entryPoints:
    - web
  routes:
    - match: Host(`progressive.auto`) && PathPrefix(`/`)
      kind: Rule
      services:
        - name: canary-demo
          port: http

创建 AnalysisTemplate

yaml 复制代码 
$ cat analysis-success.yaml 
apiVersion: argoproj.io/v1alpha1
kind: AnalysisTemplate
metadata:
  name: success-rate
spec:
  args:
  - name: traefik
  metrics:
  - name: success-rate
    interval: 10s
    failureLimit: 3
    successCondition: result[0] > 0.90
    provider:
      prometheus:
        address: http://prometheus-kube-prometheus-prometheus.prometheus:9090
        query: >+
          sum(
            rate(traefik_service_requests_total{traefik="{{args.traefik}}",status!~"[4-5].*"}[60s]))
            /
            sum(rate(traefik_service_requests_total{traefik="{{args.traefik}}"}[60s])
          )

介绍一下 AnalysisTemplate 对象字段的含义：

首先spec.args字段定义了参数，该参数会在后续的 query 语句中使用，它的值是从 Rollout 对象的 canary.analysis.args 字段传递进来的。
spec.metrics 字段定义了自动分析的相关配置。其中，interval 字段为频率，每 10 秒钟执行一次分析。failureLimit 字段代表"连续 3 次失败则金丝雀分析失败"，此时要执行回滚动作。successCondition 字段代表判断条件，这里的 result[0] 是一个表达式，代表的含义是当查询语句的返回值大于 0.90 时，说明本次金丝雀分析成功了。
spec.metrics.provider 字段定义了分析数据来源于 Prometheus，还定义了 Prometheus Server 的连接地址
query 字段是金丝雀分析的查询语句。这条查询语句的含义简单理解为：在 60 秒内 HTTP 状态码不为 4xx 和 5xx 的请求占所有请求的比例。换句话说，当 HTTP 请求成功的比例大于 0.90 时，代表一次金丝雀分析成功。

访问生产环境

http://progressive.auto/

安装Prometheus

由于金丝雀分析需要用到 Prometheus 来查询指标，可以通过helm安装或者用自己本地环境的Prometheus也可以。

yaml 复制代码 
$ helm repo add prometheus-community https://prometheus-community.github.io/helm-charts
$ helm upgrade prometheus prometheus-community/kube-prometheus-stack \
--namespace prometheus  --create-namespace --install \
--set prometheus.prometheusSpec.podMonitorSelectorNilUsesHelmValues=false \
--set prometheus.prometheusSpec.serviceMonitorSelectorNilUsesHelmValues=false

Release "prometheus" does not exist. Installing it now.
......
STATUS: deployed

--set 对安装参数进行了配置，这是为了让它后续能够顺利获取到 Ingress-Nginx 的监控指标

配置 Ingress-Nginx 和 ServiceMonitor

为了让 Prometheus 能够顺利地获取到 HTTP 请求指标，我们需要打开 Ingress-Nginx Metric 指标端口。

bash 复制代码 
$ kubectl patch deployment ingress-nginx-controller -n ingress-nginx --type='json' -p='[{"op": "add", "path": "/spec/template/spec/containers/0/ports/-", "value": {"name": "prometheus","containerPort":10254}}]'
deployment.apps/ingress-nginx-controller patched

然后，为 Ingrss-Nginx Service 添加指标端口。
$ kubectl patch service ingress-nginx-controller -n ingress-nginx --type='json' -p='[{"op": "add", "path": "/spec/ports/-", "value": {"name": "prometheus","port":10254,"targetPort":"prometheus"}}]'
service/ingress-nginx-controller patched

用Traefik的话开启metrics即可
        - containerPort: 9101
          hostPort: 9101
          name: metrics

创建 ServiceMonitor 对象，它可以为 Prometheus 配置指标获取的策略

yaml 复制代码 
apiVersion: monitoring.coreos.com/v1
kind: ServiceMonitor
metadata:
  name: nginx-ingress-controller-metrics
  namespace: prometheus
  labels:
    app: nginx-ingress
    release: prometheus-operator
spec:
  endpoints:
  - interval: 10s
    port: prometheus
  selector:
    matchLabels:
      app.kubernetes.io/instance: ingress-nginx
      app.kubernetes.io/name: ingress-nginx
  namespaceSelector:
    matchNames:
    - ingress-nginx

如果你使用的是Traefik，可以用以下配置：
cat servicemonitor.yaml
apiVersion: monitoring.coreos.com/v1
kind: ServiceMonitor
metadata:
  name: traefik-ingress-controller
  namespace: kubesphere-monitoring-system
  labels:
    app: traefik
spec:
  endpoints:
  - interval: 10s
    port: metrics
  selector:
    matchLabels:
      app: traefik
  namespaceSelector:
    matchNames:
    - traefik

验证 Ingress-Nginx 指标

测试Prometheus 是否已经成功获取到了 Ingress-Nginx 指标，这将决定自动金丝雀分析是否能成功获取到数据，博主此处用的是Traefik

自动渐进式交付实战

此次实战过程中，会按照这张流程图分别进行两个实验。

  • 自动渐进式交付成功（图中①号链路）
  • 自动渐进式交付失败（图中②号链路）

自动渐进式交付成功

验证的话只要更新 Rollout 对象的镜像版本即可。两种方式，第一直接编辑 Rollout 对象并通过 kubectl apply 的方法来更新镜像版本。第二种通过Argo Rollout kubectl插件来更新镜像。

sql 复制代码 
kubectl argo rollouts set image canary-demo canary-demo=argoproj/rollouts-demo:green
rollout "canary-demo" image updated

过一会儿看到绿色方块开始出现，流量占比约为 20%，如下图所示:

也可以打开Argo Rollout 控制台观察自动渐进式交付过程。可以看到目前处在 20% 金丝雀流量的下一阶段，也就是暂停 2 分钟的阶段。

2 分钟后，将进入到 40% 金丝雀流量阶段，从这个阶段开始，自动金丝雀分析开始工作，直到最后金丝雀发布完成，金丝雀环境提升为了生产环境，这时自动分析也完成了.

自动渐进式交付失败

上述演示中，由于应用返回的 HTTP 状态码都是 200 ，所以金丝雀分析自然是会成功的。

接下来，我们来尝试进行自动渐进式交付失败的实验。

经过了自动渐进式交付成功的实验之后，当前生产环境中的镜像为 argoproj/rollouts-demo:green，我们继续使用Argo Rollout kubectl插件来更新镜像，并将镜像版本修改为yellow版本。

sql 复制代码 
kubectl argo rollouts set image canary-demo canary-demo=argoproj/rollouts-demo:yellow
rollout "canary-demo" image updated

接下来，我们让应用返回错误的 HTTP 状态码。你可以滑动界面上的 ERROR 滑动块，将错误率设置为 50%

现在，你会在黄色方块中看到带有红色描边的方块，这代表本次请求返回的 HTTP 状态码不等于 200，说明 我们成功控制了一部分请求返回错误。

2 分钟后，金丝雀发布会进入到 40% 流量的阶段，此时自动分析将开始进行。可以通过 Argo Rollout 控制台实时观察。

等待一段时间后，金丝雀分析将失败，是预期内的！

此时，Argo Rollout 将执行自动回滚操作，这时候重新返回http://progressive.auto打开应用，你会看到黄色方块的流量消失，所有请求被绿色方块取代，说明已经完成回滚了，如下图所示:

到这里，一次完整的渐进式交付失败实验就完成了。

结语

跟之前金丝雀发布不同的是：渐进式交付在金丝雀发布的过程中加入了自动金丝雀分析，它可以验证新版本在生产环境中的表现，而这是单纯的金丝雀发布所无法实现的。借助渐进式交付，我们可以在发布过程通过指标实时分析金丝雀环境，兼顾发布的安全性和效率。
值得注意的是，为了能够查询到示例应用的 HTTP 指标，开启了 Ingress-Nginx/Traefik-controller的指标开关，这样所有经过 Ingress-Nginx 的流量都会被记录下来，结合Prometheus ServiceMonitor实现了 HTTP 请求指标的采集。
此外，为了让 ArgoCD 在渐进式交付时顺利运行金丝雀分析，我们还需要创建AnalysisTemplate对象，它实际上是 PromQL 编写的查询语句，ArgoCD 在交付过程中会用这条语句去 Prometheus 查询，并将返回的结果和预定义的阈值进行对比，以此控制渐进式交付应该继续进行还是回滚。
在实际的业务场景中，如果希望验证多个维度的指标，你可以创建多个AnalysisTemplate并将它配置到 Rollout 对象中，进一步提高分析的可靠性。另外，还可以在金丝雀发布的steps阶段里配置"内联"的分析步骤，比如在金丝雀环境 20% 和 40% 流量阶段的下一阶段分别运行不同的金丝雀分析，具体参考 https://argoproj.github.io/argo-rollouts/features/analysis/

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