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Kubernetes Pod无法挂载ceph RBD存储卷的临时解决方法

所有涉及到存储的地方都是极易出现“坑”的地方,Kubernetes也不例外。

一、问题起因

问题始于昨天升级一个stateful service的操作。该service下的Pod挂载了使用ceph RBD提供的一个Persistent Volume。该Pod是用普通deployment部署的,并没有使用处于alpha状态的PetSet。改动仅仅是image的版本发生了变化。我执行的操作如下:

# kubectl apply -f index-api.yaml

操作是成功的。但命令执行后,再次查看index-api这个Pod的状态,该Pod的状态长期处于:“ContainerCreating”,显然Pod没能重启成功。

进一步通过describe pod 检视events,发现如下Warning:

events:
  FirstSeen    LastSeen    Count    From            SubobjectPath    Type        Reason        Message
  ---------    --------    -----    ----            -------------    --------    ------        -------
  2m        2m        1    {default-scheduler }            Normal        Scheduled    Successfully assigned index-api-3362878852-9tm9j to 10.46.181.146
  11s        11s        1    {kubelet 10.46.181.146}            Warning        FailedMount    Unable to mount volumes for pod "index-api-3362878852-9tm9j_default(ad89c829-f40b-11e6-ad11-00163e1625a9)": timeout expired waiting for volumes to attach/mount for pod "index-api-3362878852-9tm9j"/"default". list of unattached/unmounted volumes=[index-api-pv]
  11s        11s        1    {kubelet 10.46.181.146}            Warning        FailedSync    Error syncing pod, skipping: timeout expired waiting for volumes to attach/mount for pod "index-api-3362878852-9tm9j"/"default". list of unattached/unmounted volumes=[index-api-pv]

index-api这个Pod尝试挂载index-api-pv这个pv超时,并失败。

二、问题探索和临时解决

首先查看问题pod所在Node(10.46.181.146)上的kubelet日志,kubelet负责与本地的docker engine以及其他本地服务交互:

... ...
I0216 13:59:27.380007    1159 reconciler.go:294] MountVolume operation started for volume "kubernetes.io/rbd/7e6c415a-f40c-11e6-ad11-00163e1625a9-index-api-pv" (spec.Name: "index-api-pv") to pod "7e6c415a-f40c-11e6-ad11-00163e1625a9" (UID: "7e6c415a-f40c-11e6-ad11-00163e1625a9").
E0216 13:59:27.393946    1159 disk_manager.go:56] failed to attach disk
E0216 13:59:27.394013    1159 rbd.go:228] rbd: failed to setup mount /var/lib/kubelet/pods/7e6c415a-f40c-11e6-ad11-00163e1625a9/volumes/kubernetes.io~rbd/index-api-pv rbd: image index-api-image is locked by other nodes
E0216 13:59:27.394121    1159 nestedpendingoperations.go:254] Operation for "\"kubernetes.io/rbd/7e6c415a-f40c-11e6-ad11-00163e1625a9-index-api-pv\" (\"7e6c415a-f40c-11e6-ad11-00163e1625a9\")" failed. No retries permitted until 2017-02-16 14:01:27.394076217 +0800 CST (durationBeforeRetry 2m0s). Error: MountVolume.SetUp failed for volume "kubernetes.io/rbd/7e6c415a-f40c-11e6-ad11-00163e1625a9-index-api-pv" (spec.Name: "index-api-pv") pod "7e6c415a-f40c-11e6-ad11-00163e1625a9" (UID: "7e6c415a-f40c-11e6-ad11-00163e1625a9") with: rbd: image index-api-image is locked by other nodes
E0216 13:59:32.695919    1159 kubelet.go:1958] Unable to mount volumes for pod "index-api-3362878852-pzxm8_default(7e6c415a-f40c-11e6-ad11-00163e1625a9)": timeout expired waiting for volumes to attach/mount for pod "index-api-3362878852-pzxm8"/"default". list of unattached/unmounted volumes=[index-api-pv]; skipping pod
E0216 13:59:32.696223    1159 pod_workers.go:183] Error syncing pod 7e6c415a-f40c-11e6-ad11-00163e1625a9, skipping: timeout expired waiting for volumes to attach/mount for pod "index-api-3362878852-pzxm8"/"default". list of unattached/unmounted volumes=[index-api-pv]
... ...

通过kubelet的日志我们可以看出调度到10.46.181.146这个Node上的index-api pod之所以无法挂载ceph RBD volume,是因为index-api-image已经被其他node锁住。

我的这个小集群一共就只有两个Node(10.46.181.146和10.47.136.60),那锁住index-api-image的就是10.47.136.60这个node了。我们查看一下平台上pv和pvc的状态:

# kubectl get pv
NAME           CAPACITY   ACCESSMODES   RECLAIMPOLICY   STATUS    CLAIM                   REASON    AGE
ceph-pv        1Gi        RWO           Recycle         Bound     default/ceph-claim                101d
index-api-pv   2Gi        RWO           Recycle         Bound     default/index-api-pvc             49d

# kubectl get pvc
NAME            STATUS    VOLUME         CAPACITY   ACCESSMODES   AGE
ceph-claim      Bound     ceph-pv        1Gi        RWO           101d
index-api-pvc   Bound     index-api-pv   2Gi        RWO           49d

index-api-pv和index-api-pvc的状态都是正常的,从这里看不出lock的情况。无奈我只能从ceph这个层面去查问题了!

index-api-image在mioss pool下面,我们利用ceph的rbd cli工具查看一下其状态:

# rbd ls mioss
index-api-image

# rbd info mioss/index-api-image
rbd image 'index-api-image':
    size 2048 MB in 512 objects
    order 22 (4096 kB objects)
    block_name_prefix: rb.0.5e36.1befd79f
    format: 1

# rbd disk-usage mioss/index-api-image
warning: fast-diff map is not enabled for index-api-image. operation may be slow.
NAME            PROVISIONED USED
index-api-image       2048M 168M

index-api-image状态ok。

如果你在执行rbd时,出现下面错误:

# rbd
rbd: error while loading shared libraries: /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libicudata.so.52: invalid ELF header

可以通过重装libicu52这个包(这里演示的是基于ubuntu 14.04 amd64的版本)来解决:

# wget -c http://security.ubuntu.com/ubuntu/pool/main/i/icu/libicu52_52.1-3ubuntu0.4_amd64.deb
# dpkg -i ./libicu52_52.1-3ubuntu0.4_amd64.deb

回归正题!

经查manual发现,rbd提供了lock相关子命令可以查看image的lock list:

# rbd lock list  mioss/index-api-image
There is 1 exclusive lock on this image.
Locker       ID                       Address
client.24128 kubelet_lock_magic_node1 10.47.136.60:0/1864102866

真凶找到!我们看到位于10.47.136.60 node上有一个locker将该image锁住。我尝试重启10.47.136.60上的kubelet,发现重启后,lock依旧。

怎么取消这个锁呢?rbd不光提供了lock list命令,还提供了lock remove命令:

lock remove (lock rm)       Release a lock on an image

usage:
      lock remove image-spec lock-id locker
              Release a lock on an image. The lock id and locker are as output by lock ls.

开始解锁:

# rbd lock remove  mioss/index-api-image   kubelet_lock_magic_node1 client.24128

解锁成功后,delete掉那个处于ContainerCreating的Pod,然后index-api pod就启动成功了:

NAMESPACE                    NAME                                    READY     STATUS    RESTARTS   AGE       IP             NODE            LABELS
default                      index-api-3362878852-m6k0j              1/1       Running   0          10s       172.16.57.7    10.46.181.146   app=index-api,pod-template-hash=3362878852

三、问题简要分析

从问题现象来看,起因是由于index-api pod被从10.47.136.60这个node调度到 10.46.181.146这个node上而导致的。但是为什么image的lock没有释放的确怪异,因为我的index-api是捕捉pod退回信号,支持优雅退出的:

# kubectl delete -f index-api-deployment.yaml
deployment "index-api" deleted

2017/02/16 08:41:27 1 Received SIGTERM.
2017/02/16 08:41:27 1 [::]:30080 Listener closed.
2017/02/16 08:41:27 1 Waiting for connections to finish...
2017/02/16 08:41:27 [C] [asm_amd64.s:2086] ListenAndServe:  accept tcp [::]:30080: use of closed network connection 1
2017/02/16 08:41:27 [I] [engine.go:109] engine[mioss1(online)]: mioss1-29583fe44a637eabe4f865bc59bde44fa307e38e exit!
2017/02/16 08:41:27 [I] [engine.go:109] engine[wx81f621e486239f6b(online)]: wx81f621e486239f6b-58b5643015a5f337931aaa4a5f4db1b35ac784bb exit!
2017/02/16 08:41:27 [I] [engine.go:109] engine[wxa4d49c280cefd38c(online)]: wxa4d49c280cefd38c-f38959408617862ed69dab9ad04403cee9564353 exit!
2017/02/16 08:41:27 [D] [enginemgr.go:310] Search Engines exit ok

因此,初步猜测:这里很可能是kubernetes在监视和处理pod退出时,对于存储插件的状态处理存在一些bug,至于具体什么问题,还不得而知。

四、小结

对于像index-api service这样的stateful服务来说,使用普通deployment显然不能满足要求。Kubernetes在[1.3.0, 1.5.0)版本区间提供了处于alpha状态的PetSet controller,在1.5.0版本后,PetSet被改名为StatefulSet。与普通Pod不同,PetSet下面的每个Pet都有严格的身份属性,并根据身份属性绑定一定资源,并且不会像普通Pod那样被Kubernetes随意调度到任意Node上。

像index-api-service索引服务这样的一个实例绑定一个cephRBD pv的应用,特别适合使用PetSet或StatefulSet,不过我这里尚未测试用上PetSet后是否还会出现无法挂载rbd卷的问题。


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Kubernetes集群中Service的滚动更新

在移动互联网时代,消费者的消费行为已经“全天候化”,为此,商家的业务系统也要保持7×24小时不间断地提供服务以满足消费者的需求。很难想像如今还会有以“中断业务”为前提的服务系统更新升级。如果微信官方发布公告说:每周六晚23:00~次日凌晨2:00进行例行系统升级,不能提供服务,作为用户的你会怎么想、怎么做呢?因此,各个平台在最初设计时就要考虑到服务的更新升级问题,部署在Kubernetes集群中的Service也不例外。

一、预备知识

1、滚动更新Rolling-update

传统的升级更新,是先将服务全部下线,业务停止后再更新版本和配置,然后重新启动并提供服务。这样的模式已经完全不能满足“时代的需要”了。在并发化、高可用系统普及的今天,服务的升级更新至少要做到“业务不中断”。而滚动更新(Rolling-update)恰是满足这一需求的一种系统更新升级方案。

简单来说,滚动更新就是针对多实例服务的一种不中断服务的更新升级方式。一般情况,对于多实例服务,滚动更新采用对各个实例逐个进行单独更新而非同一时刻对所有实例进行全部更新的方式。“滚动更新”的先进之处在于“滚动”这个概念的引入,笔者觉得它至少有以下两点含义:

a) “滚动”给人一种“圆”的映像,表意:持续,不中断。“滚动”的理念是一种趋势,我们常见的“滚动发布”、“持续交付”都是“滚动”理念的应用。与传统的大版本周期性发布/更新相比,”滚动”可以让用户更快、更及时地使用上新Feature,缩短市场反馈周期,同时滚动式的发布和更新又会将对用户体验的影响降到最小化。

b) “滚动”可向前,也可向后。我们可以在更新过程中及时发现“更新”存在的问题,并“向后滚动”,实现更新的回退,可以最大程度上降低每次更新升级的风险。

对于在Kubernetes集群部署的Service来说,Rolling update就是指一次仅更新一个Pod,并逐个进行更新,而不是在同一时刻将该Service下面的所有Pod shutdown,避免将业务中断的尴尬。

2、Service、Deployment、Replica Set、Replication Controllers和Pod之间的关系

对于我们要部署的Application来说,一般是由多个抽象的Service组成。在Kubernetes中,一个Service通过label selector match出一个Pods集合,这些Pods作为Service的endpoint,是真正承载业务的实体。而Pod在集群内的部署、调度、副本数保持则是通过DeploymentReplicationControllers这些高level的抽象来管理的,下面是一幅示意图:

img{512x368}

新版本的Kubernetes推荐用Deployment替代ReplicationController,在Deployment这个概念下在保持Pod副本数上实际发挥作用的是隐藏在背后的Replica Set

因此,我们可以看到Kubernetes上Service的rolling update实质上是对Service所match出来的Pod集合的Rolling update,而控制Pod部署、调度和副本调度的却又恰恰是Deployment和replication controller,因此后两者才是kubernetes service rolling update真正要面对的实体。

二、kubectl rolling-update子命令

kubernetes在kubectl cli工具中仅提供了对Replication Controller的rolling-update支持,通过kubectl -help,我们可以查看到下面的命令usage描述:

# kubectl -help
... ...
Deploy Commands:
  rollout        Manage a deployment rollout
  rolling-update Perform a rolling update of the given ReplicationController
  scale          Set a new size for a Deployment, ReplicaSet, Replication Controller, or Job
  autoscale      Auto-scale a Deployment, ReplicaSet, or ReplicationController
... ...

# kubectl help rolling-update
... ...
Usage:
  kubectl rolling-update OLD_CONTROLLER_NAME ([NEW_CONTROLLER_NAME] --image=NEW_CONTAINER_IMAGE | -f
NEW_CONTROLLER_SPEC) [options]
... ...

我们现在来看一个例子,看一下kubectl rolling-update是如何对service下的Pods进行滚动更新的。我们的kubernetes集群有两个版本的Nginx

# docker images|grep nginx
nginx                                                    1.11.9                     cc1b61406712        2 weeks ago         181.8 MB
nginx                                                    1.10.1                     bf2b4c2d7bf5        4 months ago        180.7 MB

在例子中我们将Service的Pod从nginx 1.10.1版本滚动升级到1.11.9版本。

我们的rc-demo-v0.1.yaml文件内容如下:

apiVersion: v1
kind: ReplicationController
metadata:
  name: rc-demo-nginx-v0.1
spec:
  replicas: 4
  selector:
    app: rc-demo-nginx
    ver: v0.1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: rc-demo-nginx
        ver: v0.1
    spec:
      containers:
        - name: rc-demo-nginx
          image: nginx:1.10.1
          ports:
            - containerPort: 80
              protocol: TCP
          env:
            - name: RC_DEMO_VER
              value: v0.1

创建这个replication controller:

# kubectl create -f rc-demo-v0.1.yaml
replicationcontroller "rc-demo-nginx-v0.1" created

# kubectl get pods -o wide
NAME                       READY     STATUS    RESTARTS   AGE       IP             NODE
rc-demo-nginx-v0.1-2p7v0   1/1       Running   0          1m        172.30.192.9   iz2ze39jeyizepdxhwqci6z
rc-demo-nginx-v0.1-9pk3t   1/1       Running   0          1m        172.30.192.8   iz2ze39jeyizepdxhwqci6z
rc-demo-nginx-v0.1-hm6b9   1/1       Running   0          1m        172.30.0.9     iz25beglnhtz
rc-demo-nginx-v0.1-vbxpl   1/1       Running   0          1m        172.30.0.10    iz25beglnhtz

Service manifest文件rc-demo-svc.yaml的内容如下:

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: rc-demo-svc
spec:
  ports:
  - port: 80
    protocol: TCP
  selector:
    app: rc-demo-nginx

创建这个service:

# kubectl create -f rc-demo-svc.yaml
service "rc-demo-svc" created

# kubectl describe svc/rc-demo-svc
Name:            rc-demo-svc
Namespace:        default
Labels:            <none>
Selector:        app=rc-demo-nginx
Type:            ClusterIP
IP:            10.96.172.246
Port:            <unset>    80/TCP
Endpoints:        172.30.0.10:80,172.30.0.9:80,172.30.192.8:80 + 1 more...
Session Affinity:    None
No events.

可以看到之前replication controller创建的4个Pod都被置于rc-demo-svc这个service的下面了,我们来访问一下该服务:

# curl -I http://10.96.172.246:80
HTTP/1.1 200 OK
Server: nginx/1.10.1
Date: Wed, 08 Feb 2017 08:45:19 GMT
Content-Type: text/html
Content-Length: 612
Last-Modified: Tue, 31 May 2016 14:17:02 GMT
Connection: keep-alive
ETag: "574d9cde-264"
Accept-Ranges: bytes

# kubectl exec rc-demo-nginx-v0.1-2p7v0  env
... ...
RC_DEMO_VER=v0.1
... ...

通过Response Header中的Server字段,我们可以看到当前Service pods中的nginx版本为1.10.1;通过打印Pod中环境变量,得到RC_DEMO_VER=v0.1。

接下来,我们来rolling-update rc-demo-nginx-v0.1这个rc,我们的新rc manifest文件rc-demo-v0.2.yaml内容如下:

apiVersion: v1
kind: ReplicationController
metadata:
  name: rc-demo-nginx-v0.2
spec:
  replicas: 4
  selector:
    app: rc-demo-nginx
    ver: v0.2
  template:
    metadata:
      labels:
        app: rc-demo-nginx
        ver: v0.2
    spec:
      containers:
        - name: rc-demo-nginx
          image: nginx:1.11.9
          ports:
            - containerPort: 80
              protocol: TCP
          env:
            - name: RC_DEMO_VER
              value: v0.2

rc-demo-new.yaml与rc-demo-old.yaml有几点不同:rc的name、image的版本以及RC_DEMO_VER这个环境变量的值:

# diff rc-demo-v0.2.yaml rc-demo-v0.1.yaml
4c4
<   name: rc-demo-nginx-v0.2
---
>   name: rc-demo-nginx-v0.1
9c9
<     ver: v0.2
---
>     ver: v0.1
14c14
<         ver: v0.2
---
>         ver: v0.1
18c18
<           image: nginx:1.11.9
---
>           image: nginx:1.10.1
24c24
<               value: v0.2
---
>               value: v0.1

我们开始rolling-update,为了便于跟踪update过程,这里将update-period设为10s,即每隔10s更新一个Pod:

#  kubectl rolling-update rc-demo-nginx-v0.1 --update-period=10s -f rc-demo-v0.2.yaml
Created rc-demo-nginx-v0.2
Scaling up rc-demo-nginx-v0.2 from 0 to 4, scaling down rc-demo-nginx-v0.1 from 4 to 0 (keep 4 pods available, don't exceed 5 pods)
Scaling rc-demo-nginx-v0.2 up to 1
Scaling rc-demo-nginx-v0.1 down to 3
Scaling rc-demo-nginx-v0.2 up to 2
Scaling rc-demo-nginx-v0.1 down to 2
Scaling rc-demo-nginx-v0.2 up to 3
Scaling rc-demo-nginx-v0.1 down to 1
Scaling rc-demo-nginx-v0.2 up to 4
Scaling rc-demo-nginx-v0.1 down to 0
Update succeeded. Deleting rc-demo-nginx-v0.1
replicationcontroller "rc-demo-nginx-v0.1" rolling updated to "rc-demo-nginx-v0.2"

从日志可以看出:kubectl rolling-update逐渐增加 rc-demo-nginx-v0.2的scale并同时逐渐减小 rc-demo-nginx-v0.1的scale值直至减到0。

在升级过程中,我们不断访问rc-demo-svc,可以看到新旧Pod版本共存的状态,服务并未中断:

# curl -I http://10.96.172.246:80
HTTP/1.1 200 OK
Server: nginx/1.10.1
... ...

# curl -I http://10.96.172.246:80
HTTP/1.1 200 OK
Server: nginx/1.11.9
... ...

# curl -I http://10.96.172.246:80
HTTP/1.1 200 OK
Server: nginx/1.10.1
... ...

更新后的一些状态信息:

# kubectl get rc
NAME                 DESIRED   CURRENT   READY     AGE
rc-demo-nginx-v0.2   4         4         4         5m

# kubectl get pods
NAME                       READY     STATUS    RESTARTS   AGE
rc-demo-nginx-v0.2-25b15   1/1       Running   0          5m
rc-demo-nginx-v0.2-3jlpk   1/1       Running   0          5m
rc-demo-nginx-v0.2-lcnf9   1/1       Running   0          6m
rc-demo-nginx-v0.2-s7pkc   1/1       Running   0          5m

# kubectl exec rc-demo-nginx-v0.2-25b15  env
... ...
RC_DEMO_VER=v0.2
... ...

官方文档说kubectl rolling-update是由client side实现的rolling-update,这是因为roll-update的逻辑都是由kubectl发出N条命令到APIServer完成的,在kubectl的代码中我们可以看到这点:

//https://github.com/kubernetes/kubernetes/blob/master/pkg/kubectl/cmd/rollingupdate.go
... ...
func RunRollingUpdate(f cmdutil.Factory, out io.Writer, cmd *cobra.Command, args []string, options *resource.FilenameOptions) error {
    ... ...
    err = updater.Update(config)
    if err != nil {
        return err
    }
    ... ...
}

//https://github.com/kubernetes/kubernetes/blob/master/pkg/kubectl/rolling_updater.go
func (r *RollingUpdater) Update(config *RollingUpdaterConfig) error {
    ... ...
    // Scale newRc and oldRc until newRc has the desired number of replicas and
    // oldRc has 0 replicas.
    progressDeadline := time.Now().UnixNano() + config.Timeout.Nanoseconds()
    for newRc.Spec.Replicas != desired || oldRc.Spec.Replicas != 0 {
        // Store the existing replica counts for progress timeout tracking.
        newReplicas := newRc.Spec.Replicas
        oldReplicas := oldRc.Spec.Replicas

        // Scale up as much as possible.
        scaledRc, err := r.scaleUp(newRc, oldRc, desired, maxSurge, maxUnavailable, scaleRetryParams, config)
        if err != nil {
            return err
        }
        newRc = scaledRc
    ... ...
}

在rolling_updater.go中Update方法使用一个for循环完成了逐步减少old rc的replicas和增加new rc的replicas的工作,直到new rc到达期望值,old rc的replicas变为0。

通过kubectl rolling-update实现的滚动更新有很多不足:
- 由kubectl实现,很可能因为网络原因导致update中断;
- 需要创建一个新的rc,名字与要更新的rc不能一样;虽然这个问题不大,但实施起来也蛮别扭的;
- 回滚还需要执行rolling-update,只是用的老版本的rc manifest文件;
- service执行的rolling-update在集群中没有记录,后续无法跟踪rolling-update历史。

不过,由于Replication Controller已被Deployment这个抽象概念所逐渐代替,下面我们来考虑如何实现Deployment的滚动更新以及deployment滚动更新的优势。

三、Deployment的rolling-update

kubernetes Deployment是一个更高级别的抽象,就像文章开头那幅示意图那样,Deployment会创建一个Replica Set,用来保证Deployment中Pod的副本数。由于kubectl rolling-update仅支持replication controllers,因此要想rolling-updata deployment中的Pod,你需要修改Deployment自己的manifest文件并应用。这个修改会创建一个新的Replica Set,在scale up这个Replica Set的Pod数的同时,减少原先的Replica Set的Pod数,直至zero。而这一切都发生在Server端,并不需要kubectl参与。

我们同样来看一个例子。我们建立第一个版本的deployment manifest文件:deployment-demo-v0.1.yaml。

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: deployment-demo
spec:
  replicas: 4
  selector:
    matchLabels:
      app: deployment-demo-nginx
  minReadySeconds: 10
  template:
    metadata:
      labels:
        app: deployment-demo-nginx
        version: v0.1
    spec:
      containers:
        - name: deployment-demo
          image: nginx:1.10.1
          ports:
            - containerPort: 80
              protocol: TCP
          env:
            - name: DEPLOYMENT_DEMO_VER
              value: v0.1

创建该deployment:

# kubectl create -f deployment-demo-v0.1.yaml --record
deployment "deployment-demo" created

# kubectl get deployments
NAME              DESIRED   CURRENT   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
deployment-demo   4         4         4            0           10s

# kubectl get rs
NAME                         DESIRED   CURRENT   READY     AGE
deployment-demo-1818355944   4         4         4         13s

# kubectl get pods -o wide
NAME                               READY     STATUS    RESTARTS   AGE       IP             NODE
deployment-demo-1818355944-78spp   1/1       Running   0          24s       172.30.0.10    iz25beglnhtz
deployment-demo-1818355944-7wvxk   1/1       Running   0          24s       172.30.0.9     iz25beglnhtz
deployment-demo-1818355944-hb8tt   1/1       Running   0          24s       172.30.192.9   iz2ze39jeyizepdxhwqci6z
deployment-demo-1818355944-jtxs2   1/1       Running   0          24s       172.30.192.8   iz2ze39jeyizepdxhwqci6z

# kubectl exec deployment-demo-1818355944-78spp env
... ...
DEPLOYMENT_DEMO_VER=v0.1
... ...

deployment-demo创建了ReplicaSet:deployment-demo-1818355944,用于保证Pod的副本数。

我们再来创建使用了该deployment中Pods的Service:

# kubectl create -f deployment-demo-svc.yaml
service "deployment-demo-svc" created

# kubectl get service
NAME                  CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
deployment-demo-svc   10.109.173.225   <none>        80/TCP    5s
kubernetes            10.96.0.1        <none>        443/TCP   42d

# kubectl describe service/deployment-demo-svc
Name:            deployment-demo-svc
Namespace:        default
Labels:            <none>
Selector:        app=deployment-demo-nginx
Type:            ClusterIP
IP:            10.109.173.225
Port:            <unset>    80/TCP
Endpoints:        172.30.0.10:80,172.30.0.9:80,172.30.192.8:80 + 1 more...
Session Affinity:    None
No events.

# curl -I http://10.109.173.225:80
HTTP/1.1 200 OK
Server: nginx/1.10.1
... ...

好了,我们看到该service下有四个pods,Service提供的服务也运行正常。

接下来,我们对该Service进行更新。为了方便说明,我们建立了deployment-demo-v0.2.yaml文件,其实你也大可不必另创建文件,直接再上面的deployment-demo-v0.1.yaml文件中修改也行:

# diff deployment-demo-v0.2.yaml deployment-demo-v0.1.yaml
15c15
<         version: v0.2
---
>         version: v0.1
19c19
<           image: nginx:1.11.9
---
>           image: nginx:1.10.1
25c25
<               value: v0.2
---
>               value: v0.1

我们用deployment-demo-v0.2.yaml文件来更新之前创建的deployments中的Pods:

# kubectl apply -f deployment-demo-v0.2.yaml --record
deployment "deployment-demo" configured

apply命令是瞬间接收到apiserver返回的Response并结束的。但deployment的rolling-update过程还在进行:

# kubectl describe deployment deployment-demo
Name:            deployment-demo
... ...
Replicas:        2 updated | 4 total | 3 available | 2 unavailable
StrategyType:        RollingUpdate
MinReadySeconds:    10
RollingUpdateStrategy:    1 max unavailable, 1 max surge
Conditions:
  Type        Status    Reason
  ----        ------    ------
  Available     True    MinimumReplicasAvailable
OldReplicaSets:    deployment-demo-1818355944 (3/3 replicas created)
NewReplicaSet:    deployment-demo-2775967987 (2/2 replicas created)
Events:
  FirstSeen    LastSeen    Count    From                SubObjectPath    Type        Reason            Message
  ---------    --------    -----    ----                -------------    --------    ------            -------
  12m        12m        1    {deployment-controller }            Normal        ScalingReplicaSet    Scaled up replica set deployment-demo-1818355944 to 4
  11s        11s        1    {deployment-controller }            Normal        ScalingReplicaSet    Scaled up replica set deployment-demo-2775967987 to 1
  11s        11s        1    {deployment-controller }            Normal        ScalingReplicaSet    Scaled down replica set deployment-demo-1818355944 to 3
  11s        11s        1    {deployment-controller }            Normal        ScalingReplicaSet    Scaled up replica set deployment-demo-2775967987 to 2

# kubectl get pods
NAME                               READY     STATUS              RESTARTS   AGE
deployment-demo-1818355944-78spp   1/1       Terminating         0          12m
deployment-demo-1818355944-hb8tt   1/1       Terminating         0          12m
deployment-demo-1818355944-jtxs2   1/1       Running             0          12m
deployment-demo-2775967987-5s9qx   0/1       ContainerCreating   0          0s
deployment-demo-2775967987-lf5gw   1/1       Running             0          12s
deployment-demo-2775967987-lxbx8   1/1       Running             0          12s
deployment-demo-2775967987-pr0hl   0/1       ContainerCreating   0          0s

# kubectl get rs
NAME                         DESIRED   CURRENT   READY     AGE
deployment-demo-1818355944   1         1         1         12m
deployment-demo-2775967987   4         4         4         17s

我们可以看到这个update过程中ReplicaSet的变化,同时这个过程中服务并未中断,只是新旧版本短暂地交错提供服务:

# curl -I http://10.109.173.225:80
HTTP/1.1 200 OK
Server: nginx/1.11.9
... ...

# curl -I http://10.109.173.225:80
HTTP/1.1 200 OK
Server: nginx/1.10.1
... ...

# curl -I http://10.109.173.225:80
HTTP/1.1 200 OK
Server: nginx/1.10.1
... ...

最终所有Pod被替换为了v0.2版本:

kubectl exec deployment-demo-2775967987-5s9qx env
... ...
DEPLOYMENT_DEMO_VER=v0.2
... ...

# curl -I http://10.109.173.225:80
HTTP/1.1 200 OK
Server: nginx/1.11.9
... ...

我们发现deployment的create和apply命令都带有一个–record参数,这是告诉apiserver记录update的历史。通过kubectl rollout history可以查看deployment的update history:

#  kubectl rollout history deployment deployment-demo
deployments "deployment-demo"
REVISION    CHANGE-CAUSE
1        kubectl create -f deployment-demo-v0.1.yaml --record
2        kubectl apply -f deployment-demo-v0.2.yaml --record

如果没有加“–record”,那么你得到的历史将会类似这样的结果:

#  kubectl rollout history deployment deployment-demo
deployments "deployment-demo"
REVISION    CHANGE-CAUSE
1        <none>

同时,我们会看到old ReplicaSet并未被删除:

# kubectl get rs
NAME                         DESIRED   CURRENT   READY     AGE
deployment-demo-1818355944   0         0         0         25m
deployment-demo-2775967987   4         4         4         13m

这些信息都存储在server端,方便回退!

Deployment下Pod的回退操作异常简单,通过rollout undo即可完成。rollout undo会将Deployment回退到record中的上一个revision(见上面rollout history的输出中有revision列):

# kubectl rollout undo deployment deployment-demo
deployment "deployment-demo" rolled back

rs的状态又颠倒回来:

# kubectl get rs
NAME                         DESIRED   CURRENT   READY     AGE
deployment-demo-1818355944   4         4         4         28m
deployment-demo-2775967987   0         0         0         15m

查看update历史:

# kubectl rollout history deployment deployment-demo
deployments "deployment-demo"
REVISION    CHANGE-CAUSE
2        kubectl apply -f deployment-demo-v0.2.yaml --record
3        kubectl create -f deployment-demo-v0.1.yaml --record

可以看到history中最多保存了两个revision记录(这个Revision保存的数量应该可以设置)。

四、通过API实现的deployment rolling-update

我们的最终目标是通过API来实现service的rolling-update。Kubernetes提供了针对deployment的Restful API,包括:create、read、replace、delete、patch、rollback等。从这些API的字面意义上看,patch和rollback很可能符合我们的需要,我们需要验证一下。

我们将deployment置为v0.1版本,即:image: nginx:1.10.1,DEPLOYMENT_DEMO_VER=v0.1。然后我们尝试通过patch API将deployment升级为v0.2版本,由于patch API仅接收json格式的body内容,我们将 deployment-demo-v0.2.yaml转换为json格式:deployment-demo-v0.2.json。patch是局部更新,这里偷个懒儿,直接将全部deployment manifest内容发给了APIServer,让server自己做merge^0^。

执行下面curl命令:

# curl -H 'Content-Type:application/strategic-merge-patch+json' -X PATCH --data @deployment-demo-v0.2.json http://localhost:8080/apis/extensions/v1beta1/namespaces/default/deployments/deployment-demo

这个命令输出一个merge后的Deployment json文件,由于内容太多,这里就不贴出来了,内容参见:patch-api-output.txt

跟踪命令执行时的deployment状态,我们可以看到该命令生效了:新旧两个rs的Scale值在此消彼长,两个版本的Pod在交替提供服务。

# kubectl get rs
NAME                         DESIRED   CURRENT   READY     AGE
deployment-demo-1818355944   3         3         3         12h
deployment-demo-2775967987   2         2         2         12h

# curl  -I http://10.109.173.225:80
HTTP/1.1 200 OK
Server: nginx/1.10.1
... ...

# curl  -I http://10.109.173.225:80
HTTP/1.1 200 OK
Server: nginx/1.11.9
... ...

# curl  -I http://10.109.173.225:80
HTTP/1.1 200 OK
Server: nginx/1.10.1
... ...

不过通过这种方式update后,通过rollout history查看到的历史就有些“不那么精确了”:

#kubectl rollout history deployment deployment-demo
deployments "deployment-demo"
REVISION    CHANGE-CAUSE
8       kubectl create -f deployment-demo-v0.1.yaml --record
9        kubectl create -f deployment-demo-v0.1.yaml --record

目前尚无好的方法。但rolling update的确是ok了。

Patch API支持三种类型的Content-type:json-patch+json、strategic-merge-patch+json和merge-patch+json。对于后面两种,从测试效果来看,都一样。但json-patch+json这种类型在测试的时候一直报错:

# curl -H 'Content-Type:application/json-patch+json' -X PATCH --data @deployment-demo-v0.2.json http://localhost:8080/apis/extensions/v1beta1/namespaces/default/deployments/deployment-demo
{
  "kind": "Status",
  "apiVersion": "v1",
  "metadata": {},
  "status": "Failure",
  "message": "json: cannot unmarshal object into Go value of type jsonpatch.Patch",
  "code": 500
}

kubectl patch子命令似乎使用的是strategic-merge-patch+json。源码中也没有过多说明三种方式的差别:

//pkg/kubectl/cmd/patch.go
func getPatchedJSON(patchType api.PatchType, originalJS, patchJS []byte, obj runtime.Object) ([]byte, error) {
    switch patchType {
    case api.JSONPatchType:
        patchObj, err := jsonpatch.DecodePatch(patchJS)
        if err != nil {
            return nil, err
        }
        return patchObj.Apply(originalJS)

    case api.MergePatchType:
        return jsonpatch.MergePatch(originalJS, patchJS)

    case api.StrategicMergePatchType:
        return strategicpatch.StrategicMergePatchData(originalJS, patchJS, obj)

    default:
        // only here as a safety net - go-restful filters content-type
        return nil, fmt.Errorf("unknown Content-Type header for patch: %v", patchType)
    }
}

// DecodePatch decodes the passed JSON document as an RFC 6902 patch.

// MergePatch merges the patchData into the docData.

// StrategicMergePatch applies a strategic merge patch. The patch and the original document
// must be json encoded content. A patch can be created from an original and a modified document
// by calling CreateStrategicMergePatch.

接下来,我们使用deployment rollback API实现deployment的rollback。我们创建一个deployment-demo-rollback.json文件作为请求的内容:

//deployment-demo-rollback.json
{
        "name" : "deployment-demo",
        "rollbackTo" : {
                "revision" : 0
        }
}

revision:0 表示回退到上一个revision。执行下面命令实现rollback:

# curl -H 'Content-Type:application/json' -X POST --data @deployment-demo-rollback.json http://localhost:8080/apis/extensions/v1beta1/namespaces/default/deployments/deployment-demo/rollback
{
  "kind": "Status",
  "apiVersion": "v1",
  "metadata": {},
  "status": "Failure",
  "message": "rollback request for deployment \"deployment-demo\" succeeded",
  "code": 200
}

# kubectl describe deployment/deployment-demo
... ...
Events:
  FirstSeen    LastSeen    Count    From                SubObjectPath    Type        Reason            Message
  ---------    --------    -----    ----                -------------    --------    ------            -------
... ...
 27s        27s        1    {deployment-controller }            Normal        DeploymentRollback    Rolled back deployment "deployment-demo" to revision 1
... ...

通过查看deployment状态可以看出rollback成功了。但这个API的response似乎有些bug,明明是succeeded了(code:200),但status却是”Failure”。

如果你在patch或rollback过程中还遇到什么其他问题,可以通过kubectl describe deployment/deployment-demo 查看输出的Events中是否有异常提示。

五、小结

从上面的实验来看,通过Kubernetes提供的API是可以实现Service中Pods的rolling-update的,但这更适用于无状态的Service。对于那些有状态的Service(通过PetSet或是1.5版本后的Stateful Set实现的),这么做是否还能满足要求还不能确定。由于暂时没有环境,这方面尚未测试。

上述各个manifest的源码可以在这里下载到。

TensorFlow入门:零基础建立第一个神经网络

首先,我不得不承认这篇文章有些标题党的味道^0^,但文章还是要继续写下去,备忘也好,能帮助到一些人也好。

2016小结的时候,我说过:2017年要了解一些有关机器学习人工智能(以下简称AI)方面的技术。如果有童鞋问:Why?我会告诉你:跟风。作为技术人,关注和紧跟业界最前沿的技术总是没错的。

2016年被业界普遍认为是AI这一波高速发展的元年,当然DeepMindAlphaGo在这方面所起到的作用是功不可没的。不过人工智能并未仅仅停留在实验室,目前可以说人工智能已经深入到我们生活中的方方面面,比如:电商的精准个性化商品推荐、手机上安装的科大讯飞的中文语音识别引擎以及大名鼎鼎的Apple的siri等。只是普通老百姓并没有意识到这一点,或者说当前AI的存在和运行形式与大家传统思想中的“AI”还未到形似的地步,再或者当前AI的智能程度还未让人们感觉到AI时代的到来。

人工智能是当前的技术风口,也是投资风口。不过,人工智能技术与普通的IT技术不同的地方在于其背后需要大量且有一定深度的数学理论知识,有门槛,并且门槛较高,这会让普通程序员望而却步的。还好有国际大公司,比如:Google、Facebook等在努力在降低这一门槛,让人工智能技术更加接地气,让更多从事IT领域的人能接触到AI,并思考如何利用AI解决实际问题。Google的TensorFlow应该就是在这样的背景下诞生的。

这里并不打算介绍TensorFlow是什么,其原理是什么(因为目前我也不知道),只是利用TensorFlow简简单单地建立起一个神经网络模型,带着大家感性的认知一下什么是AI。本文特别适合那些像我一样,从未接触过AI,但又想感性认识AI的程序员童鞋们。

一、由来

和AI门外的程序员童鞋一样,想窥探AI的世界已久,但苦于没有引路人,一直在门外徘徊。直到看到martin gorner的那篇《TensorFlow and deep learning, without a PhD》。在这篇文章中,martin已经将利用TensorFlow建立并一步步训练优化一个神经网络的门槛降低到了最简化的程度了。不过即便这样,把martin所使用这个环境搭建起来(文中虽然有详细步骤),可能依旧会遇到一些问题,本文的目的之一就是帮助你迈过这“最后一公里”。

二、搭建环境

我所使用的环境是一台think center x86_64物理机,安装的是ubuntu 16.04.1。相关软件版本:

$ python
Python 2.7.12 (default, Nov 19 2016, 06:48:10)   

$ git version
git version 2.7.4

按照教程中INSTALL.txt中的步骤,我们需要安装依赖软件:

$ sudo  apt-get install python3
正在读取软件包列表... 完成
正在分析软件包的依赖关系树
正在读取状态信息... 完成
python3 已经是最新版 (3.5.1-3)。
升级了 0 个软件包,新安装了 0 个软件包,要卸载 0 个软件包,有 203 个软件包未被升级。

$ sudo apt-get install python3-matplotlib
python3-matplotlib 已经是最新版 (1.5.1-1ubuntu1)。

$sudo apt-get install python3-pip
python3-pip 已经是最新版 (8.1.1-2ubuntu0.4)。

$ pip3 install --upgrade tensorflow
Collecting tensorflow
  Downloading tensorflow-0.12.1-cp35-cp35m-manylinux1_x86_64.whl (43.1MB)
... ...
Installing collected packages: numpy, six, wheel, setuptools, protobuf, tensorflow
Successfully installed numpy-1.11.0 protobuf setuptools-20.7.0 six-1.10.0 tensorflow wheel-0.29.0

我们看到安装的TensorFlow是0.12.1版本,这应该是TensorFlow发布1.0版本前的最后一个Release版了。

下载Martin的教程代码:

$ mkdir -p ~/test/tensorflow

$ git clone https://github.com/martin-gorner/tensorflow-mnist-tutorial.git
正克隆到 'tensorflow-mnist-tutorial'...
remote: Counting objects: 271, done.
remote: Total 271 (delta 0), reused 0 (delta 0), pack-reused 271
接收对象中: 100% (271/271), 95.01 KiB | 46.00 KiB/s, 完成.
处理 delta 中: 100% (171/171), 完成.
检查连接... 完成。

我使用的tutorial的revision是:commit a9eb2bfcd74df4d7f3891d5403468d87547320e8。

三、建立并训练识别手写数字的神经网络

万事俱备,只差执行。

一起来建立我们的第一个神经网络:

$cd ~/test/tensorflow/tensorflow-mnist-tutorial
$ ls
cloudml          LICENSE                                mnist_2.2_five_layers_relu_lrdecay_dropout.py  mnist_4.1_batchnorm_five_layers_relu.py  tensorflowvisu_digits.py
CONTRIBUTING.md  mnist_1.0_softmax.py                   mnist_3.0_convolutional.py                     mnist_4.2_batchnorm_convolutional.py     tensorflowvisu.mplstyle
data             mnist_2.0_five_layers_sigmoid.py       mnist_3.1_convolutional_bigger_dropout.py      __pycache__                              tensorflowvisu.py
INSTALL.txt      mnist_2.1_five_layers_relu_lrdecay.py  mnist_4.0_batchnorm_five_layers_sigmoid.py     README.md                  

$ python3 mnist_1.0_softmax.py
/usr/lib/python3/dist-packages/matplotlib/font_manager.py:273: UserWarning: Matplotlib is building the font cache using fc-list. This may take a moment.
  warnings.warn('Matplotlib is building the font cache using fc-list. This may take a moment.')
/usr/lib/python3/dist-packages/matplotlib/font_manager.py:273: UserWarning: Matplotlib is building the font cache using fc-list. This may take a moment.
  warnings.warn('Matplotlib is building the font cache using fc-list. This may take a moment.')

Successfully downloaded train-images-idx3-ubyte.gz 9912422 bytes.
Extracting data/train-images-idx3-ubyte.gz
Successfully downloaded train-labels-idx1-ubyte.gz 28881 bytes.
Extracting data/train-labels-idx1-ubyte.gz
Successfully downloaded t10k-images-idx3-ubyte.gz 1648877 bytes.
Extracting data/t10k-images-idx3-ubyte.gz
Successfully downloaded t10k-labels-idx1-ubyte.gz 4542 bytes.
Extracting data/t10k-labels-idx1-ubyte.gz
Traceback (most recent call last):
  File "mnist_1.0_softmax.py", line 80, in <module>
    datavis = tensorflowvisu.MnistDataVis()
  File "/home/tonybai/test/tensorflow/tensorflow-mnist-tutorial/tensorflowvisu.py", line 166, in __init__
    self._color4 = self.__get_histogram_cyclecolor(histogram4colornum)
  File "/home/tonybai/test/tensorflow/tensorflow-mnist-tutorial/tensorflowvisu.py", line 160, in __get_histogram_cyclecolor
    colors = clist.by_key()['color']
AttributeError: 'Cycler' object has no attribute 'by_key'

出错了!

这里要注意的是:初次建立时,程序会首先从MNIST dataset下载训练数据文件,这里需要等待一段时间,千万别认为是程序出现什么hang住的异常情况。

之后的AttributeError才是真正的出错了!直觉告诉我是课程程序依赖的某个第三方库版本的问题,但又不知道是哪个库,于是我用临时处理方案fix it:

//tensorflowvisu.py
         #self._color4 = self.__get_histogram_cyclecolor(histogram4colornum)
         #self._color5 = self.__get_histogram_cyclecolor(histogram5colornum)
         self._color4 = '#CFF57F'
         self._color5 = '#E6C54A'

我把出错的调用注释掉,用hardcoding的方式直接赋值了两个color。

再次运行这个模型,我们终于看到那个展示训练过程的“高大上”的窗口弹了出来:

img{512x368}

运行一段时间后,当序号递增到2001时,程序hang住了。最初我以为是程序又出了错,最后在Martin的解释下,我才明白原来是训练结束了。在mnist_1.0_softmax.py文件末尾,我们可以看到这样一行注释:

# final max test accuracy = 0.9268 (10K iterations). Accuracy should peak above 0.92 in the first 2000 iterations.

这里告诉我们对神经网络的训练会进行多少次iterations。mnist_1.0_softmax.py需要2000次。tensorflow-mnist-tutorial下的每个训练程序文件末尾都有iteration次数,只不过有的说明简单些,有些复杂些罢了。

另外一个issue中,Martin也回应了上面的error问题,他的solution是:

pip3 install --upgrade matplotlib

我实测后,发现问题的确消失了!

四、小结

识别手写数字较为简单,采用softmax都可以将识别率训练到92%左右。采用其他几个模型,比如:mnist_4.1_batchnorm_five_layers_relu.py,可以将识别准确率提升到98%,甚至更高。

将这个教程运行起来的第一感觉就是AI真的很“高大上”,看着刷屏的日志和不断变化的UI,真有些科幻大片的赶脚,看起来也让你感觉心旷神怡。

不过目前仅仅停留在感性认知,深入理解TensorFlow背后的运行原理以及训练模型背后的理论才算是真正入门,这里仅仅是在AI领域迈出的一小步罢了^0^。




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