标签：ConfigMap Kubernetes 更新 Volume Deployment Pod

 吴叶磊 分布式实验室 

业务场景里经常会碰到配置更新的问题，在 “GitOps“模式下，Kubernetes 的 ConfigMap 或 Secret 是非常好的配置管理机制。但是，Kubernetes 到目前为止（1.13版本）还没有提供完善的 ConfigMap 管理机制，当我们更新 ConfigMap 或 Secret 时，引用了这些对象的 Deployment 或 StatefulSet 并不会发生滚动更新。因此，我们需要自己想办法解决配置更新问题，让整个流程完全自动化起来。GitOps 的大体来说就是使用 git repo 存储资源描述的代码（比如各类 Kubernetes 资源的 yaml 文件），再通过 CI 或控制器等手段保证集群状态与仓库代码的同步，最后通过 Pull Request 流程来审核，执行或回滚运维操作。
这篇文章中的所有知识对 Secret 对象也是通用的，为了简明，下文只称 ConfigMap。

首先，我们先给定一个背景，假设我们定义了如下的 ConfigMap：

这个 ConfigMap 的 data 字段中声明了两个配置文件，config.yml 和 bootstrap.yml，各自有一些内容。当我们要引用里面的配置信息时，Kubernetes 提供了两种方式：

• 使用 configMapKeyRef 引用 ConfigMap 中某个文件的内容作为 Pod 中容器的环境变量；

• 将所有 ConfigMap 中的文件写到一个临时目录中，将临时目录作为 Volume 挂载到容器里，也就是 ConfigMap 类型的 Volume；

好了，假设我们有一个 Deployment，它的 Pod 模板中以引用了这个 ConfigMap。现在的问题是，我们希望当 ConfigMap 更新时，这个 Deployment 的业务逻辑也能随之更新，有哪些方案？

• 最好是在当 ConfigMap 发生变更时，直接进行热更新，从而做到不影响 Pod 的正常运行

• 假如无法热更新或热更新完成不了需求，就需要触发对应的 Deployment 做一次滚动更新

接下来，我们就探究一下不同场景下的几种应对方案。

当 ConfigMap 作为 Volume 进行挂载时，它的内容是会更新的。为了更好地理解何时可以做热更新，我们要先简单分析 ConfigMap volume 的更新机制：
更新操作由 kubelet 的 Pod 同步循环触发。每次进行 Pod 同步时（默认每 10 秒一次），kubelet 都会将 Pod 的所有 ConfigMap Volume 标记为“需要重新挂载（RequireRemount）”，而 kubelet 中的 Volume 控制循环会发现这些需要重新挂载的 Volume，去执行一次挂载操作。
在 ConfigMap 的重新挂载过程中，kubelet 会先比较远端的 ConfigMap 与 Volume 中的 ConfigMap 是否一致，再做更新。要注意，“拿远端的 ConfigMap” 这个操作可能是有缓存的，因此拿到的并不一定是最新版本。
由此，我们可以知道，ConfigMap 作为 Volume 确实是会自动更新的，但是它的更新存在延时，最多的可能延迟时间是：
Pod 同步间隔（默认10秒）+ ConfigMap 本地缓存的 TTL。kubelet 上 ConfigMap 的获取是否带缓存由配置中的 ConfigMapAndSecretChangeDetectionStrategy 决定。
注意，假如使用了 subPath 将 ConfigMap 中的某个文件单独挂载到其它目录下，那这个文件是无法热更新的（这是 ConfigMap 的挂载逻辑决定的）。有了这个底，我们就明确了：

• 假如应用对配置热更新有实时性要求，那么就需要在业务逻辑里自己到 ApiServer 上去 watch 对应的 ConfigMap 来做更新。或者，干脆不要用 ConfigMap，换成 etcd 这样的一致性 KV 存储来管理配置；

• 假如没有实时性要求，那我们其实可以依赖 ConfigMap 本身的更新逻辑来完成配置热更新。

当然，配置文件更新完不代表业务逻辑就更新了，我们还需要通知应用重新读取配置进行业务逻辑上的更新。比如对于 Nginx，就需要发送一个 SIGHUP 信号量。这里有几种落地的办法。
热更新一：应用本身监听本地配置文件
假如是我们自己写的应用，我们完成可以在应用代码里去监听本地文件的变化，在文件变化时触发一次配置热更新。甚至有一些配置相关的第三方库本身就包装了这样的逻辑，比如说 viper。
热更新二：使用 sidecar 来监听本地配置文件变更
Prometheus 的 Helm Chart 中使用的就是这种方式。这里有一个很实用的镜像叫做 configmap-reload，它会去 watch 本地文件的变更，并在发生变更时通过 HTTP 调用通知应用进行热更新。
但这种方式存在一个问题：Sidecar 发送信号（Signal）的限制比较多，而很多开源组件比如 Fluentd，Nginx 都是依赖 SIGHUP 信号来进行热更新的。主要的限制在于，Kubernetes 1.10 之前，并不支持 Pod 中的容器共享同一个 pid namespace，因此 SideCar 也就无法向业务容器发送信号了。而在 1.10 之后，虽然支持了 pid 共享，但在共享之后 pid namespace 中的 1 号进程会变成基础的 /pause 进程，我们也就无法轻松定位到目标进行的 pid 了。
当然了，只要是 Kubernetes 版本在 1.10 及以上并且开启了 ShareProcessNamespace 特性，我们多写点代码，通过进程名去找 pid，总是能完成需求的。但是 1.10 之前就是完全没可能用 sidecar 来做这样的事情了。
热更新三：胖容器
既然 SideCar 限制重重，那我们只能回归有点”反模式”的胖容器了。还是和 sidecar 一样的思路，但这次我们通过把主进程和sidecar 进程打在同一个镜像里，这样就直接绕过了 pid namespace 隔离的问题。当然，假如允许的话，还是用上面的一号或二号方案更好，毕竟容器本身的优势就是轻量可预测，而复杂则是脆弱之源。

无法热更新的场景有很多：

• 应用本身没有实现热更新逻辑，而一般来说自己写的大部分应用都不会特意去设计这个逻辑；

• 使用 subPath 进行 ConfigMap 的挂载，导致 ConfigMap 无法自动更新；

• 在环境变量或 init-container 中依赖了 ConfigMap 的内容；

最后一点额外解释一下，当使用 configMapKeyRef 引用 ConfigMap 中的信息作为环境变量时，这个操作只会在 Pod 创建时执行一次，因此不会自动更新。而 init-container 也只会运行一次，因此假如 init-contianer 的逻辑依赖了 ConfigMap 的话，这个逻辑肯定也不可能按新的再来一遍了。
当碰到无法热更新的时候，我们就必须去滚动更新 Pod 了。相信你一定想到了，那我们写一个 controller 去 watch ConfigMap 的变更，watch 到之后就去给 Deployment 或其它资源做一次滚动更新不就可以了吗？没错，但就我个人而言，我更喜欢依赖简单的东西，因此我们还是从简单的方案讲起。
Pod 滚动更新一：修改 CI 流程
这种办法异常简单，只需要我们写一个简单的 CI 脚本：给 ConfigMap 算一个 Hash 值，然后作为一个环境变量或 Annotation 加入到 Deployment 的 Pod 模板当中。
举个例子，我们写这样的一个 Deployment yaml 然后在 CI 脚本中，计算 Hash 值替换进去：

...spec:  template:    metadata:      annotations:        com.aylei.configmap/hash: ${CONFIGMAP_HASH}...

这时，假如 ConfigMap 变化了，那 Deployment 中的 Pod 模板自然也会发生变化，Kubernetes 自己就会帮助我们做滚动更新了。另外，如何 ConfigMap 不大，直接把 ConfigMap 转化为 JSON 放到 Pod 模板中都可以，这样做还有一个额外的好处，那就是在排查故障时，我们一眼就能看到这个 Pod 现在关联的 ConfigMap 内容是什么。
Pod 滚动更新二：Controller
还有一个办法就是写一个 Controller 来监听 ConfigMap 变更并触发滚动更新。在自己动手写之前，推荐先看看一下社区的这些 Controller 能否能满足需求：

• Reloader：https://github.com/stakater/Reloader

• ConfigmapController：https://github.com/fabric8io/configmapcontroller

• k8s-trigger-controller：https://github.com/mfojtik/k8s-trigger-controller

结尾

上面就是我针对 ConfigMap 和 Secret 热更新总结的一些方案。最后我们选择的是使用 sidecar 进行热更新，因为这种方式更新配置带来的开销最小，我们也为此主动避免掉了”热更新环境变量这种场景”。
当然了，配置热更新也完全可以不依赖 ConfigMap，etcd + Confd，阿里的 Nacos，携程的 Apollo 包括不那么好用的 Spring-Cloud-Config 都是可选的办法。但它们各自也都有需要考虑的东西，比如 etcd + Confd 就要考虑 etcd 里的配置项变更怎么管理；Nacos，Apollo 这种则需要自己在 client 端进行代码集成。相比之下，对于刚起步的架构，用 Kubernetes 本身的 ConfigMap 和 Secret 可以算是一种最快最通用的选择了。
原文链接：https://aleiwu.com/post/configmap-hotreload/

标签：ConfigMap,Kubernetes,更新,Volume,Deployment,Pod
来源： https://blog.51cto.com/u_15127630/2777459

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