K8s+Nacos实现应用的优雅上下线【生产实践】

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前言

我们在使用k8s部署应用的时候，虽然k8s是使用滚动升级的，先启动一个新Pod 等这个新Pod运行成功后，再干掉旧Pod；在这个过程中Pod会一直接收请求的，如果在Pod被干掉的那一刻正好有一部分请求打进来了，那么Pod被杀死了，就不会给这个请求返回结果，就会导致客户端出现请求500错误，这样就做不到平滑升级了，我们要做的就是在Pod升级的时候不能或者尽量避免这种情况；

我们公司使用的是java，中间件用的是nacos，应用在启动时会注册到nacos，然后走应用之间的内部调用，服务会不间断的向注册中心nacos发送自己的心跳(3s) 以及在每个 Pod 服务里本地也有一份缓存映射表（也有一个窗口时间更新30s），服务在停止的时候，自然也会在nacos中进行下线 但是如果有请求在应用下线的这个窗口期发起的话，就会出现K8s Pod 服务已下线，但是 Nacos 在窗口期之内注册列表未更新，导致请求达到一个根本不存在的旧服务里导致请求返回404或者旧请求已经打到旧服务里，但是高峰期时，程序处理较慢，还没来及返回响应体，服务就被关闭了返回500；

我们使用的解决方案是，在应用下线的第一时间(Pod被删除)先进行在nacos的下线操作不让其接受新的请求，然后等待Pod已接收的请求处理完成后 再进行删除Pod；
这里会使用到的知识以及需要自身考虑的点有：

• k8s的prestop钩子(容器关闭前执行操作)
• 需要判断自己应用处理的请求的时间(基本上30s内都能处理完成 如果不放心的话调整成50s 但是这样的话也会相应的增加上线时长，需要注意)
• 需要在nacos(v2.x)中配置Nacos自动清理过期服务的过期时间(删除服务的元数据信息)，防止请求过多/代码问题导致Pod的cpu打满 触发Pod的健康检查后 Pod重启以后依然是下线状态(不可用) 这样就出大问题了；

一、环境描述

名称版本部署方式kubernetesv1.20.11二进制nacosv2.0.3集群模式

二、模拟请求报错

模拟请求报错就是不加任何配置直接使用测试脚本(这里用的是jmeter)不间断的去调用我们的应用，然后发布我们的新应用会有失败的请求

##现在的deployment文件为如下##apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:namespace: data-center
  name: energy-order-api
  labels:app: energy-order-api
spec:replicas:3selector:matchLabels:app: energy-order-api
  template:metadata:labels:app: energy-order-api
    spec:imagePullSecrets:-name: harbor-secret
      containers:-name: energy-order-api
        image: registry.xxxx/hqt-registry-pro/energy-order-api:P-1391-2023xxxx-15.47.45
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        command:["/bin/sh"]args:["-c","java -jar 
              -Xmx2688m 
              -Xms2688m 
              -Xmn961m 
              -XX:MaxMetaspaceSize=512m 
              -XX:MetaspaceSize=512m 
              -Xloggc:/logs/gc-%t.log 
              -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError  
              -XX:HeapDumpPath=/data/logs/heapdump_$MY_POD_NAME.hprof
              -XX:+PrintGCDetails 
              -XX:+UnlockExperimentalVMOptions 
              -XX:+UseCGroupMemoryLimitForHeap 
              -XX:NativeMemoryTracking=detail 
              -javaagent:/data/skywalking/skywalking-agent.jar=agent.service_name=energy-order-api,agent.instance_name=$MY_POD_NAME,collector.backend_service=internal-skywalking.xxxx.xxm:11800-Dapollo.meta=http://apollo-configservice.infrastructure.svc.cluster.local:8080-Denv=pro /data/app.jar;/sbin/tini -s"]env:#获取pod实例名称，因为一个pod可能会有多个副本，所以需要根据名称来进行区分；-name: MY_POD_NAME
          valueFrom:fieldRef:fieldPath: metadata.name
        resources:requests:memory:"4Gi"cpu:"2000m"limits:memory:"4Gi"cpu:"2000m"volumeMounts:-name: energy-order-api-logs
          mountPath: /data/logs
          subPathExpr: $(MY_POD_NAME)
        ports:-containerPort:80livenessProbe:httpGet:path: /actuator/info
            port:80initialDelaySeconds:70#pod启动多长时间后开始去探测;periodSeconds:5#每隔多长时间去探测一次；failureThreshold:6readinessProbe:httpGet:path: /actuator/info
            port:80initialDelaySeconds:70periodSeconds:5failureThreshold:6affinity:#节点亲和性nodeAffinity:#硬策略requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:nodeSelectorTerms:-matchExpressions:#标签键-key: ResourcePool
                operator: In
                #标签值values:- core
        #pod反亲和性配置podAntiAffinity:requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:-labelSelector:matchExpressions:-key: app
                operator: In
                values:- energy-order-api
            topologyKey: kubernetes.io/hostname        
 
      volumes:-name: energy-order-api-logs
        persistentVolumeClaim:claimName: energy-order-api-logs

---kind: PersistentVolumeClaim
apiVersion: v1
metadata:name: energy-order-api-logs
  namespace: data-center
spec:accessModes:- ReadWriteMany
  storageClassName: alicloud-nas-subpath
  resources:requests:storage: 1Gi

Pod启动成功如下：

设置30个线程开始去请求我们服务的接口
可以看到目前的请求都是成功的，此时我们修改镜像apply可以模拟下我们的服务发布，当新Pod启动后 删除旧Pod时注意观察请求是否有报错！

可以发现在删除pod时的这个动作会出现错误请求，随后就会正常

以上就是发版(新Pod替换旧Pod)的过程中会出现的问题；

三、配置优雅上下线

1.修改nacos配置

[root@iZbp1iz5ayf044rk5cqq26Z ~]# vim /hqtbj/hqtwww/nacos_workspace/conf/application.properties#打开注释并修改### The interval to clean expired metadata, unit: milliseconds.
nacos.naming.clean.expired-metadata.interval=5000### The expired time to clean metadata, unit: milliseconds.
nacos.naming.clean.expired-metadata.expired-time=5000

保存后重启nacos

2.修改depolyment配置

需要添加k8s的prestop钩子，以及设置强制关闭pod的时间要比sleep的时间长

terminationGracePeriodSeconds: 40
如上命令的作用：

1. 使用curl将注册到nacos的实例权重设置为0，设置为0后就不会再接受请求了，也可以调用nacos的下线接口，只需要将weight=0改为enabled=false即可；
2. 不接受请求后sleep睡眠30秒 用于处理已经发送过来的请求；
3. 然后再kill -SIGTERM进行优雅的关闭服务；
4. 等待Pod中的服务完全停止，如果在 terminationGracePeriodSeconds 40s内 (默认 30s) 还未完全停止，就发送 SIGKILL 信号强制杀死进程(kill -9)。

#添加prestop钩子
lifecycle:
          preStop:
            exec:
              command: ["/bin/sh","-c",'curl -X PUT "http://my-nacos.xxx.com/nacos/v1/ns/instance?serviceName=energy-order-api&ip=${POD_IP}&port=80&weight=0" && sleep 30 && PID=`pidof java` && kill -SIGTERM $PID && while ps -p $PID > /dev/null; do sleep 1; done']#设置强制杀死Pod(kill -9)的时间，默认为30s   
terminationGracePeriodSeconds: 40

完整deployment内容如下

---apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:namespace: data-center
  name: energy-order-api
  labels:app: energy-order-api
spec:replicas:3selector:matchLabels:app: energy-order-api
  template:metadata:labels:app: energy-order-api
    spec:imagePullSecrets:-name: harbor-secret
      containers:-name: energy-order-api
        image: registry.xxxx/hqt-registry-pro/energy-order-api:P-1391-2023xxxx-15.47.45
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        command:["/bin/sh"]args:["-c","java -jar 
              -Xmx2688m 
              -Xms2688m 
              -Xmn961m 
              -XX:MaxMetaspaceSize=512m 
              -XX:MetaspaceSize=512m 
              -Xloggc:/logs/gc-%t.log 
              -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError  
              -XX:HeapDumpPath=/data/logs/heapdump_$MY_POD_NAME.hprof
              -XX:+PrintGCDetails 
              -XX:+UnlockExperimentalVMOptions 
              -XX:+UseCGroupMemoryLimitForHeap 
              -XX:NativeMemoryTracking=detail 
              -javaagent:/data/skywalking/skywalking-agent.jar=agent.service_name=energy-order-api,agent.instance_name=$MY_POD_NAME,collector.backend_service=internal-skywalking.xxxx.xxm:11800-Dapollo.meta=http://apollo-configservice.infrastructure.svc.cluster.local:8080-Denv=pro /data/app.jar;/sbin/tini -s"]env:#获取pod实例名称，因为一个pod可能会有多个副本，所以需要根据名称来进行区分；-name: MY_POD_NAME
          valueFrom:fieldRef:fieldPath: metadata.name
        resources:requests:memory:"4Gi"cpu:"2000m"limits:memory:"4Gi"cpu:"2000m"volumeMounts:-name: energy-order-api-logs
          mountPath: /data/logs
          subPathExpr: $(MY_POD_NAME)
        ports:-containerPort:80lifecycle:preStop:exec:command:["/bin/sh","-c",'curl -X PUT "http://nacos.wonxxxnk.cc/nacos/v1/ns/instance?serviceName=energy-order-api&ip=${POD_IP}&port=80&weight=0" && sleep 30 && PID=`pidof java` && kill -SIGTERM $PID && while ps -p $PID > /dev/null; do sleep 1; done']terminationGracePeriodSeconds:40livenessProbe:httpGet:path: /actuator/info
            port:80initialDelaySeconds:70#pod启动多长时间后开始去探测;periodSeconds:5#每隔多长时间去探测一次；failureThreshold:6readinessProbe:httpGet:path: /actuator/info
            port:80initialDelaySeconds:70periodSeconds:5failureThreshold:6affinity:#节点亲和性nodeAffinity:#硬策略requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:nodeSelectorTerms:-matchExpressions:#标签键-key: ResourcePool
                operator: In
                #标签值values:- core
        #pod反亲和性配置podAntiAffinity:requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:-labelSelector:matchExpressions:-key: app
                operator: In
                values:- energy-order-api
            topologyKey: kubernetes.io/hostname        
 
      volumes:-name: energy-order-api-logs
        persistentVolumeClaim:claimName: energy-order-api-logs

---kind: PersistentVolumeClaim
apiVersion: v1
metadata:name: energy-order-api-logs
  namespace: data-center
spec:accessModes:- ReadWriteMany
  storageClassName: alicloud-nas-subpath
  resources:requests:storage: 1Gi

3.重新apply deployment后测试

如上，现在Pod已经启动成功并且在nacos中也是可用状态

开始测试

如上当开始停止旧pod时， 会先调用我们配置的prestop钩子 如下 先把nacos中旧pod的权重改为0 不让其接受请求，然后再处理已接受的请求最后彻底关闭pod

可以看到整个流程下来是没有发现有请求失败的！

这是单对这一个order服务进行的测试，接下来需要走一遍整体下单的流程，调用多个服务进行测试的同时重新发布这个order服务看是否有失败的请求

4.整体(下单)测试流程验证是否生效

已启动的pod以及nacos状态如下：


开始测试


如上可以发现在停止Pod时，跟上面的结果是一样的，都是先把nacos中旧pod的权重改为0，然后等待处理请求再彻底关闭pod；

如下测试，整体一个下单流程再发布期间也是不回受到影响的，无报错

四、期间遇到的问题

如果不配置nacos清理元数据信息的话，会导致当cpu/内存使用超过限制而导致健康检查重启时(Pod实例自身重启而不是会起一个新pod)，会出现即使pod重启完nacos里注册的服务权重是0/下线，导致服务直接不可用，只能手动再去启用！！所以下面在nacos的配置一定要进行使用！

如下：
服务因健康检查失败开始重启


此时的请求开始报错

服务的权重变为0，不接收请求

pod重启完成

发现nacos里注册的服务权重依然为0，并没进行接收请求

请求依旧报错