システム パッケージを使用する


このチュートリアルでは、グラフの説明の入力パラメータを PNG 形式の図に変換する Knative serving カスタム サービスをビルドします。ここでは、Graphviz をシステム パッケージとしてサービスのコンテナ環境にインストールします。リクエストを処理するときに、コマンドライン ユーティリティから Graphviz を使用します。

目標

  • カスタム コンテナを作成し、Dockerfile と一緒にビルドする。
  • Knative serving サービスを作成、ビルド、デプロイする。
  • Graphviz dot ユーティリティを使用して図を生成する。
  • コレクションの DOT 構文図または独自の構文図を投稿してサービスをテストする。

費用

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始める前に

コードサンプルを取得する

使用するコードサンプルを取得するには:

  1. ローカルマシンにサンプルアプリのリポジトリのクローンを作成します。

    Node.js

    git clone https://github.com/GoogleCloudPlatform/nodejs-docs-samples.git

    または、zip 形式のサンプルをダウンロードし、ファイルを抽出してもかまいません。

    Python

    git clone https://github.com/GoogleCloudPlatform/python-docs-samples.git

    または、zip 形式のサンプルをダウンロードし、ファイルを抽出してもかまいません。

    Go

    git clone https://github.com/GoogleCloudPlatform/golang-samples.git

    または、zip 形式のサンプルをダウンロードし、ファイルを抽出してもかまいません。

    Java

    git clone https://github.com/GoogleCloudPlatform/java-docs-samples.git

    または、zip 形式のサンプルをダウンロードしてファイルを抽出してもかまいません。

  2. Knative serving サンプルコードが含まれているディレクトリに移動します。

    Node.js

    cd nodejs-docs-samples/run/system-package/

    Python

    cd python-docs-samples/run/system-package/

    Go

    cd golang-samples/run/system_package/

    Java

    cd java-docs-samples/run/system-package/

アーキテクチャを可視化する

基本的なアーキテクチャは次のようになります。

ユーザーのリクエストをウェブサービスから graphviz dot ユーティリティに送信する流れ
図のソースについては、DOT の説明をご覧ください。

ユーザーが HTTP リクエストを Knative serving サービスに送信し、このサービスが Graphviz ユーティリティを実行して、リクエストを画像に変換します。この画像が HTTP レスポンスとしてユーザーに配信されます。

コードについて

Dockerfile で環境構成を定義する

Dockerfile は、サービスで使用する言語と基礎となるオペレーティング環境(Ubuntu など)によって異なります。

このサービスでは、デフォルト以外のシステム パッケージを追加する必要があります。

  1. エディタで Dockerfile を開きます。

  2. Dockerfile RUN ステートメントを探します。このステートメントにより、任意のシェルコマンドを実行して環境を変更できます。Dockerfile に、複数の FROM ステートメントの探索で識別された複数のステージがある場合、そのステートメントは最終ステージにあります。

    必要なパッケージとそのインストール方法は、コンテナで宣言されているオペレーティング システムによって異なります。

    ご使用のオペレーティング システムまたはベースイメージの説明については、適切なタブをクリックして確認してください。

    Debian / Ubuntu
    RUN apt-get update -y && apt-get install -y \
      graphviz \
      && apt-get clean
    Alpine
    Alpine は、フォント サポート用に 2 番目のパッケージを必要とします。
    RUN apk --no-cache add graphviz ttf-ubuntu-font-family

    コンテナ イメージのオペレーティング システムを確認するには、FROM ステートメントで名前を確認するか、ベースイメージの README を確認します。たとえば、node から拡張する場合、Docker Hub でドキュメントと親 Dockerfile を見つけることができます。

  3. ローカルでの docker build または Cloud Build を使用してイメージをビルドし、カスタマイズをテストします。

受信リクエストを処理する

サンプル サービスは、受信 HTTP リクエストのパラメータを使用して、適切な dot ユーティリティ コマンドを実行するシステムコールを呼び出します。

以下の HTTP ハンドラでは、グラフの説明の入力パラメータが dot クエリ文字列変数から抽出されます。

クエリ文字列で使用するために、グラフの説明に含まれている文字の URL エンコードが必要になる場合があります。

Node.js

app.get('/diagram.png', (req, res) => {
  try {
    const image = createDiagram(req.query.dot);
    res.setHeader('Content-Type', 'image/png');
    res.setHeader('Content-Length', image.length);
    res.setHeader('Cache-Control', 'public, max-age=86400');
    res.send(image);
  } catch (err) {
    console.error(`error: ${err.message}`);
    const errDetails = (err.stderr || err.message).toString();
    if (errDetails.includes('syntax')) {
      res.status(400).send(`Bad Request: ${err.message}`);
    } else {
      res.status(500).send('Internal Server Error');
    }
  }
});

Python

@app.route("/diagram.png", methods=["GET"])
def index():
    """Takes an HTTP GET request with query param dot and
    returns a png with the rendered DOT diagram in a HTTP response.
    """
    try:
        image = create_diagram(request.args.get("dot"))
        response = make_response(image)
        response.headers.set("Content-Type", "image/png")
        return response

    except Exception as e:
        print(f"error: {e}")

        # If no graphviz definition or bad graphviz def, return 400
        if "syntax" in str(e):
            return f"Bad Request: {e}", 400

        return "Internal Server Error", 500

Go


// diagramHandler renders a diagram using HTTP request parameters and the dot command.
func diagramHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
	if r.Method != http.MethodGet {
		log.Printf("method not allowed: %s", r.Method)
		http.Error(w, fmt.Sprintf("HTTP Method %s Not Allowed", r.Method), http.StatusMethodNotAllowed)
		return
	}

	q := r.URL.Query()
	dot := q.Get("dot")
	if dot == "" {
		log.Print("no graphviz definition provided")
		http.Error(w, "Bad Request", http.StatusBadRequest)
		return
	}

	// Cache header must be set before writing a response.
	w.Header().Set("Cache-Control", "public, max-age=86400")

	input := strings.NewReader(dot)
	if err := createDiagram(w, input); err != nil {
		log.Printf("createDiagram: %v", err)
		// Do not cache error responses.
		w.Header().Del("Cache-Control")
		if strings.Contains(err.Error(), "syntax") {
			http.Error(w, "Bad Request: DOT syntax error", http.StatusBadRequest)
		} else {
			http.Error(w, "Internal Server Error", http.StatusInternalServerError)
		}
	}
}

Java

get(
    "/diagram.png",
    (req, res) -> {
      InputStream image = null;
      try {
        String dot = req.queryParams("dot");
        image = createDiagram(dot);
        res.header("Content-Type", "image/png");
        res.header("Content-Length", Integer.toString(image.available()));
        res.header("Cache-Control", "public, max-age=86400");
      } catch (Exception e) {
        if (e.getMessage().contains("syntax")) {
          res.status(400);
          return String.format("Bad Request: %s", e.getMessage());
        } else {
          res.status(500);
          return "Internal Server Error";
        }
      }
      return image;
    });

内部サーバーエラーと無効なユーザー入力を区別する必要があります。このサンプル サービスは、エラー メッセージにユーザー入力の問題を示す文字列 syntax が含まれていない限り、すべての dot コマンドライン エラーに対して内部サーバーエラーを返します。

図を生成する

図を生成するコアロジックは、dot コマンドライン ツールを使用して、グラフの説明の入力パラメータを PNG 形式の図に変換します。

Node.js

// Generate a diagram based on a graphviz DOT diagram description.
const createDiagram = dot => {
  if (!dot) {
    throw new Error('syntax: no graphviz definition provided');
  }

  // Adds a watermark to the dot graphic.
  const dotFlags = [
    '-Glabel="Made on Cloud Run"',
    '-Gfontsize=10',
    '-Glabeljust=right',
    '-Glabelloc=bottom',
    '-Gfontcolor=gray',
  ].join(' ');

  const image = execSync(`/usr/bin/dot ${dotFlags} -Tpng`, {
    input: dot,
  });
  return image;
};

Python

def create_diagram(dot):
    """Generates a diagram based on a graphviz DOT diagram description.

    Args:
        dot: diagram description in graphviz DOT syntax

    Returns:
        A diagram in the PNG image format.
    """
    if not dot:
        raise Exception("syntax: no graphviz definition provided")

    dot_args = [  # These args add a watermark to the dot graphic.
        "-Glabel=Made on Cloud Run",
        "-Gfontsize=10",
        "-Glabeljust=right",
        "-Glabelloc=bottom",
        "-Gfontcolor=gray",
        "-Tpng",
    ]

    # Uses local `dot` binary from Graphviz:
    # https://graphviz.gitlab.io
    image = subprocess.run(
        ["dot"] + dot_args, input=dot.encode("utf-8"), stdout=subprocess.PIPE
    ).stdout

    if not image:
        raise Exception("syntax: bad graphviz definition provided")
    return image

Go


// createDiagram generates a diagram image from the provided io.Reader written to the io.Writer.
func createDiagram(w io.Writer, r io.Reader) error {
	stderr := new(bytes.Buffer)
	args := []string{
		"-Glabel=Made on Cloud Run",
		"-Gfontsize=10",
		"-Glabeljust=right",
		"-Glabelloc=bottom",
		"-Gfontcolor=gray",
		"-Tpng",
	}
	cmd := exec.Command("/usr/bin/dot", args...)
	cmd.Stdin = r
	cmd.Stdout = w
	cmd.Stderr = stderr

	if err := cmd.Run(); err != nil {
		return fmt.Errorf("exec(%s) failed (%w): %s", cmd.Path, err, stderr.String())
	}

	return nil
}

Java

// Generate a diagram based on a graphviz DOT diagram description.
public static InputStream createDiagram(String dot) {
  if (dot == null || dot.isEmpty()) {
    throw new NullPointerException("syntax: no graphviz definition provided");
  }
  // Adds a watermark to the dot graphic.
  List<String> args = new ArrayList<>();
  args.add("/usr/bin/dot");
  args.add("-Glabel=\"Made on Cloud Run\"");
  args.add("-Gfontsize=10");
  args.add("-Glabeljust=right");
  args.add("-Glabelloc=bottom");
  args.add("-Gfontcolor=gray");
  args.add("-Tpng");

  StringBuilder output = new StringBuilder();
  InputStream stdout = null;
  try {
    ProcessBuilder pb = new ProcessBuilder(args);
    Process process = pb.start();
    OutputStream stdin = process.getOutputStream();
    stdout = process.getInputStream();
    // The Graphviz dot program reads from stdin.
    Writer writer = new OutputStreamWriter(stdin, "UTF-8");
    writer.write(dot);
    writer.close();
    process.waitFor();
  } catch (Exception e) {
    System.out.println(e);
  }
  return stdout;
}

安全なサービスを設計する

dot ツールには、ウェブサービスの脆弱性が存在する可能性があります。このリスクを軽減するには、コンテナ イメージを定期的に再ビルドし、graphviz パッケージの最新バージョンが使用されるようにします。

ユーザーの入力をコマンドライン パラメータとして受け入れるように現在のサンプルを拡張する場合は、コマンド インジェクション攻撃の対策を講じる必要があります。たとえば、次のような方法でインジェクション攻撃を防ぎます。

  • サポートされているパラメータの辞書と入力をマッピングする
  • 入力値を検証し、既知の安全な範囲内にあることを確認する(正規表現などを使用)
  • シェル構文が評価されないように入力をエスケープする

コードの配布

コードを配布するには、Cloud Build でビルドし、Container Registry にアップロードして Knative serving にデプロイします。

  1. 次のコマンドを実行してコンテナをビルドし、Container Registry に公開します。

    Node.js

    gcloud builds submit --tag gcr.io/PROJECT_ID/graphviz

    PROJECT_ID は Google Cloud プロジェクト ID、graphviz はサービスに付ける名前です。

    ビルドが成功すると、ID、作成時間、画像の名前を含む SUCCESS メッセージが表示されます。イメージが Container Registry に保存されます。このイメージは必要に応じて再利用できます。

    Python

    gcloud builds submit --tag gcr.io/PROJECT_ID/graphviz

    PROJECT_ID は Google Cloud プロジェクト ID、graphviz はサービスに付ける名前です。

    ビルドが成功すると、ID、作成時間、画像の名前を含む SUCCESS メッセージが表示されます。イメージが Container Registry に保存されます。このイメージは必要に応じて再利用できます。

    Go

    gcloud builds submit --tag gcr.io/PROJECT_ID/graphviz

    PROJECT_ID は Google Cloud プロジェクト ID、graphviz はサービスに付ける名前です。

    ビルドが成功すると、ID、作成時間、画像の名前を含む SUCCESS メッセージが表示されます。イメージが Container Registry に保存されます。このイメージは必要に応じて再利用できます。

    Java

    このサンプルでは、Jib を使用して一般的な Java ツールにより Docker イメージをビルドします。Jib は、Dockerfile や Docker をインストールせずにコンテナのビルドを最適化します。Jib を使用して Java コンテナを構築する方法の詳細を確認します。

    1. Dockerfile を使用して、インストールしたシステム パッケージでベースイメージの構成とビルドを行い、Jib のデフォルト ベースイメージを上書きします。

      # Use the Official eclipse-temurin image for a lean production stage of our multi-stage build.
      # https://hub.docker.com/_/eclipse-temurin/
      FROM eclipse-temurin:17.0.11_9-jre
      
      RUN apt-get update -y && apt-get install -y \
        graphviz \
        && apt-get clean
      gcloud builds submit --tag gcr.io/PROJECT_ID/graphviz-base

      ここで PROJECT_ID は、Google Cloud プロジェクト ID です。

    2. Jib で最終的なコンテナを作成し、Container Registry で公開します。

      <plugin>
        <groupId>com.google.cloud.tools</groupId>
        <artifactId>jib-maven-plugin</artifactId>
        <version>3.4.0</version>
        <configuration>
          <from>
            <image>gcr.io/PROJECT_ID/graphviz-base</image>
          </from>
          <to>
            <image>gcr.io/PROJECT_ID/graphviz</image>
          </to>
        </configuration>
      </plugin>
      mvn compile jib:build \
       -Dimage=gcr.io/PROJECT_ID/graphviz \
       -Djib.from.image=gcr.io/PROJECT_ID/graphviz-base

      ここで PROJECT_ID は、Google Cloud プロジェクト ID です。

  2. 次のコマンドを使用してデプロイします。

    gcloud run deploy graphviz-web --create-if-missing --image gcr.io/PROJECT_ID/graphviz

    ここで、PROJECT_ID は Google Cloud プロジェクト ID、graphviz は上記のコンテナ名、graphviz-web はサービス名です。

    デプロイが完了するまで待ちます。30 秒ほどかかる場合があります。

  3. サービスにコードの更新をデプロイする場合は、上記のステップを繰り返します。サービスをデプロイするたびに、リビジョンが作成されます。準備ができると、トラフィックの送信が自動的に開始します。

試してみる

リクエスト ペイロードで DOT 構文の説明を含む HTTP POST リクエストを送信し、サービスを試してみましょう。

  1. サービスに HTTP リクエストを送信します。

    生成された図はウェブページに埋め込むことができます。

    1. ロードバランサの外部 IP を取得するには、次のコマンドを実行します。

      kubectl get svc istio-ingressgateway -n ASM-INGRESS-NAMESPACE
      

      ASM-INGRESS-NAMESPACE は、Cloud Service Mesh Ingress が配置されている Namespace に置き換えます。Cloud Service Mesh をデフォルトの構成を使用してインストールした場合は、istio-system を指定します。

      出力は次のようになります。

      NAME                   TYPE           CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP  PORT(S)
      istio-ingressgateway   LoadBalancer   XX.XX.XXX.XX   pending      80:32380/TCP,443:32390/TCP,32400:32400/TCP
      

      ここで、EXTERNAL-IP の値は、ロードバランサの外部 IP アドレスです。

    2. この EXTERNAL-IP アドレスを URL に使用して、curl コマンドを実行します。プロトコル(例: http://)は SERVICE_DOMAIN に含めないでください。

      curl -G -H "Host: SERVICE_DOMAIN" http://EXTERNAL-IP/diagram.png \
         --data-urlencode "dot=digraph Run { rankdir=LR Code -> Build -> Deploy -> Run }" \
         > diagram.png
  2. Chrome などの PNG ファイルをサポートするアプリケーションで、結果の diagram.png ファイルを開きます。

    次のようになります。

    コードのビルド、デプロイ、実行の各ステージの流れ
    ソース: DOT の説明

既製の図の説明の小コレクションを調べることができます。

  1. 選択した .dot ファイルのコンテンツをコピーします。
  2. curl コマンドに貼り付けます。

    curl -G -H "Host: SERVICE_DOMAIN" http://EXTERNAL-IP/diagram.png \
    --data-urlencode "dot=digraph Run { rankdir=LR Code -> Build -> Deploy -> Run }" \
    > diagram.png

クリーンアップ

費用が発生しないように、このチュートリアル用に作成したリソースを削除します。

チュートリアル リソースを削除する

  1. このチュートリアルでデプロイした Knative serving サービスを削除します。

    gcloud run services delete SERVICE-NAME

    SERVICE-NAME は、選択したサービス名です。

    Knative serving サービスは、Google Cloud コンソールから削除することもできます。

    Knative serving に移動

  2. チュートリアルを設定したときに追加した gcloud のデフォルト構成を削除します。

     gcloud config unset run/platform
     gcloud config unset run/cluster
     gcloud config unset run/cluster_location
    
  3. プロジェクト構成を削除します。

     gcloud config unset project
    
  4. このチュートリアルで作成した他の Google Cloud リソースを削除します。

次のステップ

  • graphviz アプリを試す。
    • 他の graphviz ユーティリティのサポートを追加し、別のアルゴリズムを適用して図を生成する。
    • 図を Cloud Storage に保存する。イメージまたは DOT 構文を保存します。
    • Cloud Natural Language API を使用して、コンテンツの不正利用を防ぐ対策を講じる。
  • Google Cloud に関するリファレンス アーキテクチャ、図、ベスト プラクティスを確認する。Cloud アーキテクチャ センターをご覧ください。