Kubernetes Pod 中的 ConfigMap 配置更新

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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。概述首先，我们先给定一个背景，假设我们定义了如下的 ConfigMap： apiVersion: v1 kind: ConfigMap metadata: name: test-config data: config.yml: |- start-message: 'Hello, World!' log-level: INFO bootstrap.yml: listen-address: '127.0.0.1:8080' 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

场景一：针对可以做热更新的容器，进行配置热更新当 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。场景二：无法热更新时，滚动更新 Pod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： ReloaderConfigmapControllerk8s-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。

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