使用 GKE Autopilot 和 Spanner 部署應用程式

Autopilot

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本教學課程說明如何將容器化網頁應用程式部署至 Google Kubernetes Engine (GKE) Autopilot 叢集，並在後端使用 Google Spanner 資料庫儲存資料。範例應用程式會管理遊戲玩家表格。你可以透過應用程式的圖形使用者介面 (GUI) 新增及刪除播放器。

Spanner 是全代管的關聯式資料庫服務，可水平擴充、遍及全球，提供 ACID 交易和 SQL 語意，同時兼顧效能和高可用性。

閱讀本頁面之前，請先熟悉 Kubernetes。

為何選擇 GKE 和 Spanner

開發人員可能不想花時間瞭解應用程式所需的儲存空間和運算資源量，也不想預測需求量波動期間的 RAM 和 CPU 消耗量，或擔心應用程式在尖峰負載時發生故障。

使用 GKE Autopilot 做為全代管 Kubernetes 服務，並使用 Spanner 做為全代管資料庫服務，您就能在穩定的基礎架構上更快開發及部署應用程式，簡化資源設定和管理作業。GKE Autopilot 會根據執行階段的需求，在叢集中新增或移除節點，藉此設定及調度資源，以代管應用程式。同樣地，Spanner 也能在儲存空間或運算需求變更時，動態擴充及縮減資源，且幾乎不需要手動介入。

舉例來說，假設您即將推出下一款熱門遊戲，預期會爆紅，因此在推出當週會吸引大量網路流量。Spanner 可讓您即時增加、減少或重新分配運算資源，同時透過 GKE Autopilot 維持應用程式的最高可用性，因應這類暴增的輸送量。

目標

在本教學課程中，您將瞭解以下內容：

• 建立 Spanner 資料庫，儲存玩家的註冊資料。

• 部署名為 hello-app-cloud-spanner 的範例網頁應用程式，並使用圖形使用者介面。

下表說明您建立或使用的 Google Cloud 資源、識別這些資源的變數，以及本教學課程規定的值：

資源	變數	值
Google Cloud 專案 ID	PROJECT_ID	建立專案時產生的專案 ID。 範例：my-gcp-project
運算區域	COMPUTE_REGION	要建立 Spanner 執行個體和 GKE 叢集的 Compute Engine 區域。建議您選擇最靠近客戶地理位置的區域，但在本教學課程中，請使用 us-west1。
Spanner 執行個體	-	hello-instance
Spanner 資料庫	-	hello-database
GKE Autopilot 叢集	CLUSTER_NAME	hello-cluster
Kubernetes 命名空間	NAMESPACE	hello-namespace
Kubernetes 服務帳戶	KSA_NAME	ksa-helloapp
IAM 服務帳戶	GSA_NAME	gsa-helloapp
IAM 服務帳戶的專案 ID	GSA_PROJECT	你的 Google Cloud PROJECT_ID。

在本教學課程中，我們建議您建立新資源，這樣在部署範例應用程式後，就能輕鬆刪除這些資源，不必擔心造成任何風險。不過，如果您有現有的命名空間、IAM 服務帳戶和 Kubernetes 服務帳戶，也可以使用這些資源。

費用

在本文件中，您會使用 Google Cloud的下列計費元件：

• Compute Engine instances used by GKE
• Spanner
• Cloud Load Balancing

如要根據預測用量估算費用，請使用 Pricing Calculator。

初次使用 Google Cloud 的使用者可能符合免費試用資格。

完成本文所述工作後，您可以刪除已建立的資源，避免繼續計費。詳情請參閱清除所用資源一節。

事前準備

請務必完成下列必要條件：

選取或建立專案

您可以使用現有專案，或為本教學課程建立新專案。

Sign in to your Google Cloud account. If you're new to Google Cloud, create an account to evaluate how our products perform in real-world scenarios. New customers also get $300 in free credits to run, test, and deploy workloads.

In the Google Cloud console, on the project selector page, select or create a Google Cloud project.

Note: If you don't plan to keep the resources that you create in this procedure, create a project instead of selecting an existing project. After you finish these steps, you can delete the project, removing all resources associated with the project.

Go to project selector

Make sure that billing is enabled for your Google Cloud project.

In the Google Cloud console, on the project selector page, select or create a Google Cloud project.

Note: If you don't plan to keep the resources that you create in this procedure, create a project instead of selecting an existing project. After you finish these steps, you can delete the project, removing all resources associated with the project.

Go to project selector

Make sure that billing is enabled for your Google Cloud project.

啟用 API

Enable the Artifact Registry, Compute Engine, GKE, and IAM Service Account Credentials APIs.

Enable the APIs

設定 Cloud Shell

在本教學課程中，您將使用 Cloud Shell 執行 gcloud 和 kubectl 指令。Cloud Shell 是殼層環境，用於管理 Google Cloud上託管的資源。這個環境已預先安裝 Google Cloud CLI 和 kubectl 指令列工具。

In the Google Cloud console, activate Cloud Shell.

Activate Cloud Shell

此時 Cloud Shell 工作階段會在控制台底部的頁框中開啟，

在本教學課程中執行指令前，請務必將預設專案設為要部署範例應用程式的專案 ID。如果尚未設定，請在 Cloud Shell 中執行下列指令：

gcloud config set project PROJECT_ID

將 PROJECT_ID 替換為專案 ID。

授予 IAM 角色

確認您的 Google Cloud 帳戶具備本教學課程所需的 IAM 角色。

Grant roles to your user account. Run the following command once for each of the following IAM roles: 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:USER_IDENTIFIER" --role=ROLE

• Replace PROJECT_ID with your project ID.

• Replace USER_IDENTIFIER with the identifier for your user account. For example, user:[e-mail].

• Replace ROLE with each individual role.

設定 Spanner

如要設定 Spanner，您需要建立 Spanner 執行個體和 Spanner 資料庫。

可建立 Spanner 執行個體

Spanner 執行個體是一種資源分配單位，在執行個體內建立的 Spanner 資料庫會使用個體內的資源。

建立名為 hello-instance 的 Spanner 執行個體，並採用區域設定，以及 100 個處理單元的運算容量。

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

在本教學課程中，請將 COMPUTE_REGION 替換為 us-west1。

可建立 Spanner 資料庫

Spanner 資料庫包含資料表、檢視區塊和索引。資料庫會從父項執行個體繼承屬性，例如設定 (單一地區或多地區)、可用運算容量和儲存空間。

使用 GoogleSQL 方言建立名為 hello-database 的 Spanner 資料庫，其中有個名為 Players 的資料表。在 Cloud Shell 中執行下列查詢：

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)"

建立 GKE Autopilot 叢集

設定 Spanner 後，請建立 Autopilot 叢集，並使用 Workload Identity Federation for GKE，以安全且易於管理的方式存取資料庫。

建立名為 hello-cluster 的 Autopilot 叢集。Autopilot 叢集預設會啟用 Workload Identity Federation for GKE。

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

更改下列內容：

• CLUSTER_NAME：hello-cluster
• COMPUTE_REGION：叢集的 Compute Engine 區域。在本教學課程中，請使用您建立 Spanner 執行個體的相同區域 us-west1。建議您在同一區域內建立 Spanner 執行個體和 GKE Autopilot 叢集，以縮短延遲時間。

建立叢集最多可能需要 8 到 10 分鐘。

輸出結果會與下列內容相似：

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

設定叢集以使用 GKE 適用的工作負載身分聯盟

部署應用程式前，請先設定叢集，透過 Workload Identity Federation for GKE 向 Google Cloud 進行驗證。

1. 取得憑證，存取叢集：

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

   更改下列內容：

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

   這會更新 kubeconfig 檔案，提供適當的憑證和端點資訊，將 kubectl 指向叢集。

2. 建立要用於 Kubernetes 服務帳戶的命名空間。您也可以使用預設命名空間或任何現有命名空間。

   kubectl create namespace NAMESPACE
   

   將 NAMESPACE 替換為 hello-namespace，也就是您要建立的新命名空間名稱。

3. 為應用程式建立 Kubernetes 服務帳戶：

   kubectl create serviceaccount KSA_NAME \
     --namespace NAMESPACE
   

   更改下列內容：

   • KSA_NAME：ksa-helloapp，您要建立的新 Kubernetes 服務帳戶名稱。
   • NAMESPACE：hello-namespace

4. 為應用程式建立 IAM 服務帳戶：

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

   更改下列內容：

   • GSA_NAME：gsa-helloapp，您要建立的新 IAM 服務帳戶名稱。
   • GSA_PROJECT：您的 Google Cloud專案 ID。在本教學課程中，您會在部署範例應用程式的 Google Cloud 專案中建立 IAM 服務帳戶。因此，GSA_PROJECT 和Google Cloud PROJECT_ID 相同。

5. 為 IAM 服務帳戶新增 IAM 政策繫結，以便讀取及寫入 Spanner：

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

   更改下列內容：

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

   範例：

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

6. 在兩個服務帳戶之間新增 IAM 政策繫結，允許 Kubernetes 服務帳戶模擬 IAM 服務帳戶。這個繫結可讓 Kubernetes 服務帳戶做為 IAM 服務帳戶，以便讀取及寫入 Spanner。

   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]"
   

   更改下列內容：

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

   範例：

   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. 註解 Kubernetes 服務帳戶，並提供 IAM 服務帳戶的電子郵件地址。這樣範例應用程式就能知道要使用哪個服務帳戶存取服務 Google Cloud 。因此，當應用程式使用任何標準 Google API 用戶端程式庫存取 Google Cloud 服務時，會使用該 IAM 服務帳戶。

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

   更改下列內容：

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

   範例：

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

   注意： 如果 IAM 繫結不存在，這個註解本身不會授予 Pod 模擬 IAM 服務帳戶的存取權。

將範例應用程式部署至叢集

您已透過必要的服務和驗證設定 GKE 和 Spanner，現在可以部署範例應用程式 hello-app-cloud-spanner。

1. 將範例應用程式從 GitHub 存放區複製到 Cloud Shell：

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

2. 按一下終端機視窗工具列中的「開啟編輯器」，啟動 Cloud Shell 編輯器。

   詳情請參閱「Cloud Shell 編輯器介面總覽」。

3. 開啟 Cloud Shell 編輯器的 Explorer 窗格，然後瀏覽至 kubernetes-engine-samples/databases/hello-app-cloud-spanner/k8s 目錄。

4. 開啟 deployment.yaml 檔案，然後將 serviceAccountName 欄位中的 <KSA_NAME> 替換為 ksa-helloapp (Kubernetes 服務帳戶名稱)，藉此更新該欄位。

   

   圖 1. 在部署檔案中更新 Kubernetes 服務帳戶名稱。

5. 關閉 Cloud Shell 編輯器，然後返回 Cloud Shell 終端機。

6. 在 Cloud Shell 終端機中，前往 hello-app-cloud-spanner 目錄：

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

7. 部署應用程式：

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

   將 NAMESPACE 替換為 hello-namespace。

8. 等待應用程式透過 STATUS 部署為 Running：

   kubectl get pods -n=NAMESPACE --watch
   

   將 NAMESPACE 替換為 hello-namespace。

   輸出結果會與下列內容相似：

   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. 按下鍵盤上的 Ctrl+C 鍵，返回命令提示字元，執行其他指令。

將範例應用程式公開發布到網際網路

如要從叢集外部公開發布 Kubernetes Service，請建立類型為 LoadBalancer 的 Service。這種類型的 Service 會為 Pod 產生外部負載平衡器 IP 位址，可透過網際網路存取。

1. 部署負載平衡器：

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

   將 NAMESPACE 替換為 hello-namespace。

2. 等待系統指派外部 IP 位址：

   kubectl get service -n=NAMESPACE --watch
   

   將 NAMESPACE 替換為 hello-namespace。

3. 指派完成後，請複製 EXTERNAL-IP (例如 203.0.113.0) 並在瀏覽器中開啟。系統會開啟網頁介面，顯示及管理玩家資料庫。

4. 您可以使用應用程式 GUI 建立或刪除玩家記錄，並儲存在 Spanner 資料庫中。

   

   圖 2. 在登錄檔中建立或刪除播放器。

   執行下列查詢，確認 Spanner 資料庫是否已更新您的項目：

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

   輸出結果會與下列內容相似：

   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
   

清除所用資源

如要避免系統向您的 Google Cloud 帳戶收取本教學課程中所用資源的相關費用，請刪除含有該項資源的專案，或者保留專案但刪除個別資源。

刪除專案

如要避免付費，最簡單的方法就是刪除您為本教學課程建立的專案。

注意：刪除專案會造成以下結果：

• 專案中的所有內容都會遭到刪除。 如果您使用現有專案來進行本文中的工作，刪除專案將一併刪除其中已完成的所有工作。
• 自訂的專案 ID 會消失。當您之前建立這個專案時，可能建立了想要在日後使用的自訂專案 ID。如要保留使用該專案 ID 的網址 (例如 appspot.com 網址)，請刪除在該專案中選取的資源，而不是刪除整個專案。

如果打算探索多種架構、教學課程或快速入門導覽課程，重複使用專案有助於避免超出專案配額限制。

Delete a Google Cloud project:

gcloud projects delete PROJECT_ID

如果您已刪除專案，則清理作業完成。如果沒有刪除專案，請繼續刪除 GKE 和 Spanner 資源。

刪除 GKE 資源

1. 刪除服務。這麼做會取消分配為您的服務建立的 Google Cloud 負載平衡器：

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

   將 NAMESPACE 替換為 hello-namespace。

2. 刪除 GKE 叢集。這會刪除構成叢集的資源，例如運算執行個體、磁碟和網路資源：

   gcloud container clusters delete CLUSTER_NAME --region=COMPUTE_REGION
   

   更改下列內容：

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

刪除 Spanner 資源

1. 刪除 Spanner 資料庫：

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

2. 刪除 Spanner 執行個體：

   注意：刪除執行個體後，系統會永久移除該執行個體和當中的所有資料庫。

   gcloud spanner instances delete hello-instance
   

後續步驟

• 瞭解如何建立 GKE 叢集來安裝 Agones。
• 瞭解使用 Spanner 做為遊戲資料庫的最佳做法。
• 瞭解如何在 GKE 上部署高可用性 PostgreSQL 資料庫。
• 瞭解在 GKE 上部署資料庫的最佳做法。