使用 GKE Autopilot 和 Spanner 部署应用

Autopilot

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本教程介绍如何将容器化 Web 应用部署到 Google Kubernetes Engine (GKE) Autopilot 集群，并在后端使用 Google Spanner 数据库来存储数据。示例应用用来管理一个游戏玩家表。您可以通过应用的图形界面 (GUI) 添加和删除玩家。

Spanner 是一款在全球范围分布的全代管式关系型数据库服务，可横向扩容，提供 ACID 事务和 SQL 语义，且不会影响性能和高可用性。

本教程假定您对 Kubernetes 有基本的了解。

为何选择 GKE 和 Spanner

作为开发者，您可能不希望花时间来确定应用所需的存储空间和计算资源数量，也不想在需求波动期间预测 RAM 和 CPU 使用率，亦不愿成天担心应用在遇到峰值负载时发生故障。

通过将 GKE Autopilot 作为一项全代管式 Kubernetes 服务来使用，将 Spanner 作为一项全代管式数据库服务来使用，您可以在稳定的基础架构上更快地开发和部署应用，简化资源配置和管理过程。GKE Autopilot 会根据运行时的要求在集群中添加或移除节点，以合理配置和扩缩用于托管应用的基础架构。同样，在存储空间或计算要求发生变化时，Spanner 亦能够以最小的人工干预进行动态扩缩。

例如，假设您将发布下一款重磅游戏，并且预计该游戏会迅速成为热门游戏，因此在发布周便会吸引大量网络流量。Spanner 通过即时增加、减少或重新分配计算资源，帮助您应对激增的吞吐量，同时还可利用 GKE Autopilot 最大限度地提高应用可用性。

目标

在本教程中，您将学习如何：

• 创建一个用来存储玩家注册表的 Spanner 数据库。

• 使用图形界面部署名为 hello-app-cloud-spanner 的示例 Web 应用。

下表展示了您需要在本教程中创建或使用的 Google Cloud 资源，以及用来标识这些资源的变量和为这些变量指定的值：

资源	变量	值
Google Cloud 项目 ID	PROJECT_ID	创建项目时生成的项目 ID。 示例：my-gcp-project
计算区域	COMPUTE_REGION	要在其中创建 Spanner 实例和 GKE 集群的 Compute Engine 区域。建议选择最靠近您客户地理位置的区域，不过在本教程中，我们会使用 us-west1。
Spanner 实例	-	hello-instance
Spanner 数据库	-	hello-database
GKE Autopilot 集群	CLUSTER_NAME	hello-cluster
Kubernetes 命名空间	NAMESPACE	hello-namespace
Kubernetes 服务账号	KSA_NAME	ksa-helloapp
IAM 服务账号	GSA_NAME	gsa-helloapp
IAM 服务账号的项目 ID	GSA_PROJECT	您的 Google Cloud PROJECT_ID。

在本教程中，建议您创建新资源，以便在部署示例应用后轻松安全地删除这些资源。不过，如果您有任何现有命名空间、IAM 服务账号和 Kubernetes 服务账号，也可以使用它们。

费用

在本文档中，您将使用 Google Cloud 的以下收费组件：

• GKE 使用的 Compute Engine 实例
• Spanner
• Cloud Load Balancing

您可使用价格计算器根据您的预计使用情况来估算费用。 Google Cloud 新用户可能有资格申请免费试用。

完成本文档中描述的任务后，您可以通过删除所创建的资源来避免继续计费。如需了解详情，请参阅清理。

须知事项

请务必满足以下前提条件：

选择或创建项目

您可以使用现有项目，也可以为本教程创建一个新项目。

1. 登录您的 Google Cloud 账号。如果您是 Google Cloud 新手，请创建一个账号来评估我们的产品在实际场景中的表现。新客户还可获享 $300 赠金，用于运行、测试和部署工作负载。

2. 在 Google Cloud Console 中的项目选择器页面上，选择或创建一个 Google Cloud 项目。

   注意：如果您不打算保留在此过程中创建的资源，请创建新的项目，而不要选择现有的项目。完成本教程介绍的步骤后，您可以删除所创建的项目，并移除与该项目关联的所有资源。

   转到“项目选择器”

3. 确保您的 Google Cloud 项目已启用结算功能。

4. 在 Google Cloud Console 中的项目选择器页面上，选择或创建一个 Google Cloud 项目。

   注意：如果您不打算保留在此过程中创建的资源，请创建新的项目，而不要选择现有的项目。完成本教程介绍的步骤后，您可以删除所创建的项目，并移除与该项目关联的所有资源。

   转到“项目选择器”

5. 确保您的 Google Cloud 项目已启用结算功能。

启用 API

启用 Artifact Registry, Compute Engine, GKE, and IAM Service Account Credentials API。

启用 API

设置 Cloud Shell

在本教程中，您将使用 Cloud Shell 运行 gcloud 和 kubectl 命令。Cloud Shell 是一种 shell 环境，用于管理托管在 Google Cloud 上的资源。它预安装有 Google Cloud CLI 和 kubectl 命令行工具。

在 Google Cloud 控制台中，激活 Cloud Shell。

激活 Cloud Shell

控制台下方的框架内会打开一个 Cloud Shell 会话。

在运行本教程中的命令之前，请确保将默认项目设置为您要在其中部署示例应用的项目 ID。如果尚未进行此项设置，请在 Cloud Shell 中运行以下命令：

gcloud config set project PROJECT_ID

将 PROJECT_ID 替换为您的项目 ID。

授予 IAM 角色

确保您的 Google Cloud 账号具有本教程所需的 IAM 角色。

向您的 Google 账号授予角色。对以下每个 IAM 角色运行以下命令一次： roles/iam.serviceAccountAdmin, roles/serviceusage.serviceUsageConsumer, roles/iam.serviceAccountUser, roles/iam.securityAdmin, roles/spanner.admin, roles/container.admin

$ gcloud projects add-iam-policy-binding PROJECT_ID --member="user:EMAIL_ADDRESS" --role=ROLE

• 将 PROJECT_ID 替换为您的项目 ID。
• 将 EMAIL_ADDRESS 替换为您的电子邮件地址。
• 将 ROLE 替换为每个角色。

配置 Spanner

如需配置 Spanner，您需要创建一个 Spanner 实例和一个 Spanner 数据库。

创建 Spanner 实例

Spanner 实例可用于分配在其中创建的 Spanner 数据库所使用的资源。

创建一个名为 hello-instance 的 Spanner 实例，并为该实例设置单区域配置和 100 处理单元的计算容量。

gcloud spanner instances create hello-instance \
    --config=regional-COMPUTE_REGION \
    --description="Spanner sample instance" \
    --processing-units=100

在本教程中，将 COMPUTE_REGION 替换为 us-west1。

创建 Spanner 数据库

Spanner 数据库包含表、视图和索引。数据库会从其父实例继承属性，例如其配置（单区域或多区域）、可用计算容量和存储空间。

使用 GoogleSQL 方言，创建一个名为 hello-database 的 Spanner 数据库，其中包含名为 Players 的表。在 Cloud Shell 中运行以下查询：

gcloud spanner databases create hello-database \
    --instance=hello-instance \
    --database-dialect=GOOGLE_STANDARD_SQL \
    --ddl="CREATE TABLE Players (
        PlayerUuid STRING(36) NOT NULL,
        FirstName STRING(1024),
        LastName STRING(1024),
        BirthDate DATE) PRIMARY KEY(PlayerUuid)"

创建 GKE Autopilot 集群

配置 Spanner 后，创建一个 Autopilot 集群并使用适用于 GKE 的工作负载身份联合以安全且易于管理的方式访问您的数据库。

创建一个名为 hello-cluster 的 Autopilot 集群。默认情况下，Autopilot 集群会启用适用于 GKE 的工作负载身份联合。

gcloud container clusters create-auto CLUSTER_NAME \
  --region=COMPUTE_REGION

替换以下内容：

• CLUSTER_NAME：hello-cluster
• COMPUTE_REGION：集群的 Compute Engine 区域。在本教程中，请使用您在其中创建 Spanner 实例的区域，即 us-west1。建议您在同一区域中创建 Spanner 实例和 GKE Autopilot 集群，以减少延迟时间。

创建集群最多可能需要 8-10 分钟。

输出类似于以下内容：

NAME: hello-cluster
LOCATION: us-west1
MASTER_VERSION: 1.26.5-gke.1200
MASTER_IP: 192.0.2.1
MACHINE_TYPE: e2-medium
NODE_VERSION: 1.26.5-gke.1200
NUM_NODES: 3
STATUS: RUNNING

配置集群以使用适用于 GKE 的工作负载身份联合

在部署应用之前，配置您的集群以使用适用于 GKE 的工作负载身份联合向 Google Cloud 进行身份验证。

1. 获取凭据以访问集群：

   gcloud container clusters get-credentials CLUSTER_NAME \
     --region=COMPUTE_REGION
   

   请替换以下内容：

   • CLUSTER_NAME：hello-cluster
   • COMPUTE_REGION：us-west1

   这会使用相应的凭据和端点信息更新 kubeconfig 文件，以将 kubectl 指向您的集群。

2. 创建用于 Kubernetes 服务账号的命名空间。您还可以使用默认命名空间或任何现有命名空间。

   kubectl create namespace NAMESPACE
   

   将 NAMESPACE 替换为您要创建的新命名空间的名称，即 hello-namespace。

3. 为您的应用创建 Kubernetes 服务账号：

   kubectl create serviceaccount KSA_NAME \
     --namespace NAMESPACE
   

   请替换以下内容：

   • KSA_NAME：ksa-helloapp，即您要创建的新 Kubernetes 服务账号的名称。
   • NAMESPACE：hello-namespace

4. 为您的应用创建 IAM 服务账号：

   gcloud iam service-accounts create GSA_NAME \
     --project=GSA_PROJECT
   

   请替换以下内容：

   • GSA_NAME：gsa-helloapp，即您要创建的新 IAM 服务账号的名称。
   • GSA_PROJECT：您的 Google Cloud 项目 ID。在本教程中，您将在要部署示例应用的 Google Cloud 项目中创建 IAM 服务账号。因此，您的 GSA_PROJECT 和 Google Cloud PROJECT_ID 是相同的。

5. 为您的 IAM 服务账号添加 IAM 政策绑定，以便对 Spanner 执行读写操作：

   gcloud projects add-iam-policy-binding PROJECT_ID \
     --member "serviceAccount:GSA_NAME@PROJECT_ID.iam.gserviceaccount.com" \
     --role "roles/spanner.admin"
   

   请替换以下内容：

   • PROJECT_ID：您的 Google Cloud 项目 ID
   • GSA_NAME：gsa-helloapp

   示例：

   gcloud projects add-iam-policy-binding my-gcp-project \
     --member "serviceAccount:[e-mail]" \
     --role "roles/spanner.admin"

6. 通过在两个服务账号之间添加 IAM 政策绑定，允许 Kubernetes 服务账号模拟 IAM 服务账号。此绑定允许 Kubernertes 服务账号充当 IAM 服务账号，以便 Kubernetes 服务账号可以对 Spanner 执行读写操作。

   gcloud iam service-accounts add-iam-policy-binding GSA_NAME@GSA_PROJECT.iam.gserviceaccount.com \
     --role roles/iam.workloadIdentityUser \
     --member "serviceAccount:PROJECT_ID.svc.id.goog[NAMESPACE/KSA_NAME]"
   

   请替换以下内容：

   • GSA_NAME：gsa-helloapp
   • GSA_PROJECT：您的 Google Cloud 项目 ID
   • PROJECT_ID：您的 Google Cloud 项目 ID
   • NAMESPACE：hello-namespace
   • KSA_NAME：ksa-helloapp

   示例：

   gcloud iam service-accounts add-iam-policy-binding [e-mail] \
     --role roles/iam.workloadIdentityUser \
     --member "serviceAccount:my-gcp-project.svc.id.goog[hello-namespace/ksa-helloapp]"

7. 使用 IAM 服务账号的电子邮件地址为 Kubernetes 服务账号添加注解。这样，您的示例应用便知道要用于访问 Google Cloud 服务的服务账号。因此，在应用要使用任何标准 Google API 客户端库访问 Google Cloud 服务时，便会使用该 IAM 服务账号。

   kubectl annotate serviceaccount KSA_NAME \
     --namespace NAMESPACE \
     iam.gke.io/gcp-service-account=GSA_NAME@GSA_PROJECT.iam.gserviceaccount.com
   

   请替换以下内容：

   • KSA_NAME：ksa-helloapp
   • NAMESPACE：hello-namespace
   • GSA_NAME：gsa-helloapp
   • GSA_PROJECT：您的 Google Cloud 项目 ID

   示例：

   kubectl annotate serviceaccount ksa-helloapp \
     --namespace hello-namespace \
     iam.gke.io/gcp-service-account=[e-mail]

   注意：如果 IAM 绑定不存在，则此注解本身不会授予对 Pod 的访问权限来模拟 IAM 服务账号。

将示例应用部署到集群

现在，您已为 GKE 和 Spanner 设置了必要的服务和身份验证，接下来便可以部署示例应用 hello-app-cloud-spanner。

1. 将示例应用从 GitHub 代码库克隆到 Cloud Shell：

   git clone https://github.com/GoogleCloudPlatform/kubernetes-engine-samples.git
   

2. 通过点击终端窗口工具栏上的 打开编辑器，启动 Cloud Shell Editor。

   如需了解详情，请参阅 Cloud Shell Editor 界面概览。

3. 打开 Cloud Shell Editor 的探索器窗格，然后浏览到 kubernetes-engine-samples/databases/hello-app-cloud-spanner/k8s 目录。

4. 打开 deployment.yaml 文件，将 <KSA_NAME> 替换为 Kubernetes 服务账号的名称 ksa-helloapp，以更新 serviceAccountName 字段。

   

   图 1：在部署文件中更新 Kubernetes 服务账号名称。

5. 关闭 Cloud Shell Editor，然后返回到 Cloud Shell 终端。

6. 在 Cloud Shell 终端中，导航到 hello-app-cloud-spanner 目录：

   cd kubernetes-engine-samples/databases/hello-app-cloud-spanner
   

7. 部署应用：

   kubectl apply -f k8s/deployment.yaml -n=NAMESPACE
   

   将 NAMESPACE 替换为 hello-namespace。

8. 等待应用部署完毕，即 STATUS 显示为 Running：

   kubectl get pods -n=NAMESPACE --watch
   

   将 NAMESPACE 替换为 hello-namespace。

   输出类似于以下内容：

   NAME                                       READY   STATUS              RESTARTS   AGE
   hello-app-cloud-spanner-765c9b8779-lfcrc   0/1     ContainerCreating   0          87s
   hello-app-cloud-spanner-765c9b8779-lfcrc   1/1     Running             0          3m15s
   

9. 按键盘上的 Ctrl+C 返回命令提示符，以便运行更多命令。

将示例应用公开发布到互联网

如需在集群外部公开 Kubernetes Service，请创建 LoadBalancer 类型的 Service。此类型的 Service 会为可通过互联网访问的 Pod 生成外部负载均衡器 IP 地址。

1. 部署负载均衡器：

   kubectl apply -f k8s/service.yaml -n=NAMESPACE
   

   将 NAMESPACE 替换为 hello-namespace。

2. 监视要分配的外部 IP 地址：

   kubectl get service -n=NAMESPACE --watch
   

   将 NAMESPACE 替换为 hello-namespace。

3. 分配完成后，复制 EXTERNAL-IP（例如 203.0.113.0）并在浏览器中将其打开。此时会打开一个网页界面，可在该界面显示和管理玩家数据库。

4. 您可以使用应用 GUI 创建或删除玩家记录，这些记录保存在 Spanner 数据库中。

   

   图 2. 在注册表中创建或删除玩家。

   运行以下查询以验证 Spanner 数据库是否已用您的条目进行更新：

   gcloud spanner databases execute-sql hello-database \
     --instance=hello-instance \
     --sql="SELECT * FROM Players LIMIT 10"
   

   输出类似于以下内容：

   PlayerUuid: a1f34bbf-929c-498d-8b16-39bbb29d70e3
   FirstName: John
   LastName: Smith
   BirthDate: 1997-07-12
   
   PlayerUuid: d634e157-96ea-45f2-be3f-fb907ced188e
   FirstName: Jane
   LastName: Doe
   BirthDate: 2013-07-12
   

清理

为避免因本教程中使用的资源导致您的 Google Cloud 账号产生费用，请删除包含这些资源的项目，或者保留项目但删除各个资源。

删除项目

为了避免产生费用，最简单的方法是删除您为本教程创建的项目。

警告：删除项目会产生以下影响

• 项目中的所有内容都会被删除。如果您将现有项目用于本文档中的任务，则删除该项目后，还将删除您已在该项目中完成的任何其他工作。
• 自定义项目 ID 丢失。创建此项目时，您可能创建了要在将来使用的自定义项目 ID。要保留使用该项目 ID 的网址（例如 appspot.com 网址），请删除项目内的所选资源，而不是删除整个项目。

如果您打算探索多个架构、教程或快速入门，则重复使用项目可以帮助您避免超出项目配额限制。

删除 Google Cloud 项目：

gcloud projects delete PROJECT_ID

如果您删除了项目，则表示您的清理已完成。如果您没有删除项目，您可以继续删除 GKE 和 Spanner 资源。

删除 GKE 资源

1. 删除 Service。此命令将取消分配您为 Service 创建的 Google Cloud 负载均衡器：

   kubectl delete service hello-app-cloud-spanner -n=NAMESPACE
   

   将 NAMESPACE 替换为 hello-namespace。

2. 删除 GKE 集群。 此命令将删除构成集群的各项资源，如计算实例、磁盘和网络资源：

   gcloud container clusters delete CLUSTER_NAME --region=COMPUTE_REGION
   

   请替换以下内容：

   • CLUSTER_NAME：hello-cluster
   • COMPUTE_REGION：us-west1

删除 Spanner 资源

1. 删除 Spanner 数据库：

   gcloud spanner databases delete hello-database --instance=hello-instance
   

2. 删除 Spanner 实例：

   注意：如果删除实例，系统将永久移除该实例及其所有数据库。

   gcloud spanner instances delete hello-instance
   

后续步骤

• 了解如何为 Agones 安装创建 GKE 集群。
• 了解将 Spanner 用作游戏数据库的最佳实践。
• 了解如何在 GKE 上部署高可用性 PostgreSQL 数据库。
• 了解在 GKE 上部署数据库的最佳实践。