ReplicaSet: контроллер репликации Pods

Pod сам по себе — одноразовый объект: упал — никто его не пересоздаст. Чтобы получить self-healing — нужен контроллер, который следит за желаемым количеством Pod-replicas и поднимает новые взамен упавших. Самый низкоуровневый такой контроллер — ReplicaSet.

ReplicaSet редко создают напрямую (для этого есть Deployment), но понимать его обязательно — Deployment под капотом управляет именно ReplicaSet-ами, и при rollout-ах, отладке, rollback-ах вы будете видеть и работать с ReplicaSet объектами напрямую.

Что такое ReplicaSet

ReplicaSet — это API-объект группы apps/v1, который гарантирует, что в кластере в любой момент времени работает ровно столько Pod-ов, сколько указано в spec.replicas, причём эти Pod-ы матчатся по spec.selector.

apiVersion: apps/v1
kind: ReplicaSet
metadata:
  name: web
  labels:
    app: web
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: web
      tier: frontend
  template:
    metadata:
      labels:
        app: web
        tier: frontend
    spec:
      containers:
        - name: nginx
          image: nginx:1.27
          ports:
            - containerPort: 80

Три обязательных поля:

• spec.replicas — желаемое число Pod-ов (по умолчанию 1, если не указано)
• spec.selector — label selector, по которому RS находит “свои” Pod-ы
• spec.template — Pod template, который RS использует для создания новых Pod-ов

Reconcile loop: как ReplicaSetController работает

ReplicaSet — это всего лишь декларативный объект в etcd. Всю работу делает ReplicaSetController, который живёт в kube-controller-manager.

Это level-triggered reconciliation. Controller не реагирует на конкретное событие — он смотрит на актуальное состояние мира и приводит его к желаемому. Если controller упадёт, поднимется, ребутнётся — он перечитает state и продолжит.

# Создать RS
kubectl apply -f rs.yaml

# Посмотреть
kubectl get rs
# NAME   DESIRED   CURRENT   READY   AGE
# web    3         3         3       2m

# Удалить один Pod вручную
kubectl delete pod -l app=web --limit=1

# Controller тут же создаст новый
kubectl get pods -l app=web
# web-abc12   Running   2m
# web-def34   Running   2m
# web-xyz56   Running   3s   # ← новый

Selector — это не template.labels

Здесь живёт самый коварный момент ReplicaSet, который многие проваливают на собеседовании.

ReplicaSet НЕ привязан к labels Pod template. Он связывает Pod-ы через spec.selector. Template — это всего лишь шаблон для создания новых Pod-ов; владение определяется матчингом selector против actual labels на Pod-ах.

Но если вручную поменять selector на уже существующем RS — старые Pod-ы становятся orphan (RS их больше не “видит”), а новые Pod-ы создаются под новый selector.

Это причина, по которой spec.selector в ReplicaSet помечен как immutable в более новых API (Deployment уже не даёт его менять без force). Но в чистом RS — можно изменить через kubectl edit, и это породит хаос.

matchLabels vs matchExpressions

Selector в ReplicaSet поддерживает два формата.

matchLabels — equality-based, простой словарь:

selector:
  matchLabels:
    app: web
    tier: frontend

Match если у Pod-а ВСЕ указанные labels с указанными значениями (AND).

matchExpressions — set-based, более гибкий:

selector:
  matchExpressions:
    - key: app
      operator: In
      values: ["web", "api"]
    - key: tier
      operator: NotIn
      values: ["debug"]
    - key: legacy
      operator: DoesNotExist

Операторы:

• In — значение label входит в values
• NotIn — значение НЕ входит
• Exists — label с таким key существует (значение неважно, values не указывается)
• DoesNotExist — label с таким key отсутствует

Можно использовать оба формата одновременно — они комбинируются по AND.

ownerReferences и cascade delete

Когда ReplicaSetController создаёт Pod, он проставляет на него ownerReference:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: web-abc12
  ownerReferences:
    - apiVersion: apps/v1
      kind: ReplicaSet
      name: web
      uid: 8c4d9a1e-...
      controller: true
      blockOwnerDeletion: true

controller: true означает что этот owner — основной (Pod может иметь несколько ownerReferences, но только один с controller: true).

Cascade delete:

# Удалить RS и все его Pods (default — cascade=background)
kubectl delete rs web

# Удалить RS, но оставить Pods (они станут orphan)
kubectl delete rs web --cascade=orphan

Когда --cascade=orphan, garbage collector НЕ удаляет Pods. Они остаются жить, но без управляющего контроллера — превращаются в обычные одноразовые Pods.

Scaling

ReplicaSet легко scale-ить:

# Imperative
kubectl scale rs/web --replicas=5

# Declarative (через edit или apply)
kubectl edit rs/web   # изменить spec.replicas

Scaling — это просто изменение spec.replicas в API server. Controller увидит diff и создаст/удалит Pods. Никакого rolling update нет — все новые реплики появляются сразу же (как только scheduler найдёт ноды).

Почему ReplicaSet напрямую — anti-pattern

В production вы почти никогда не создаёте ReplicaSet напрямую. Используется Deployment, который под капотом создаёт ReplicaSet-ы.

Причины:

• Нет revision history. Если вы обновите spec.template.spec.containers[0].image в RS, controller просто пересоздаст Pods на новый образ — и старого RS больше не будет. Откатиться некуда.
• Нет rolling update. Изменение template в RS не даёт rolling update — он просто меняет шаблон для будущих созданий, существующие Pods не пересоздаются.
• Deployment даёт всё это бесплатно. Он создаёт новый RS на каждую ревизию, постепенно scale-ит новый up и старый down, хранит historry для rollback.

kubectl: типичные команды

# Создать
kubectl apply -f rs.yaml

# Посмотреть список
kubectl get rs
kubectl get rs -o wide   # с image и selector

# Описать
kubectl describe rs/web

# Изменить число реплик
kubectl scale rs/web --replicas=5

# Удалить (cascade — Pods тоже удалятся)
kubectl delete rs/web

# Удалить, но сохранить Pods
kubectl delete rs/web --cascade=orphan

Просмотр через describe покажет события controller-а:

Events:
  Type    Reason            Age   From                   Message
  ----    ------            ----  ----                   -------
  Normal  SuccessfulCreate  2m    replicaset-controller  Created pod: web-abc12
  Normal  SuccessfulCreate  2m    replicaset-controller  Created pod: web-def34
  Normal  SuccessfulCreate  2m    replicaset-controller  Created pod: web-xyz56