Redis と PHP を使用して多層ウェブ アプリケーションを作成する

Autopilot Standard

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このチュートリアルでは、Google Kubernetes Engine（GKE）を使用して多層ウェブ アプリケーションを構築する方法を説明します。

このチュートリアルでは、次のことを行います。

• 外部 IP アドレスとロードバランサを使用してウェブ アプリケーションを設定する。
• 1 つのマスター（リーダー）と複数のレプリカ（フォロワー）を持つ Redis クラスタを作成する。

この例では、Kubernetes の次のコンセプトについて説明します。

• 宣言型の構成: 構成には YAML マニフェスト ファイルを使用します。
• Deployment: 複製された一連の Pod の構成を決定する Kubernetes リソースです。
• Service: 一連の Pod に内部および外部ロードバランサを作成します。

目標

次の操作を行い、GKE にアプリケーションをデプロイして実行します。

1. Redis リーダーを設定する
2. 2 つの Redis フォロワーを設定する
3. ウェブ フロントエンドを設定する
4. ウェブサイトにアクセスする
5. ウェブ フロントエンドをスケールアップする

次の図は、これらの目標を達成して作成したクラスタ アーキテクチャの概要を示しています。

費用

このドキュメントでは、Google Cloud の次の課金対象のコンポーネントを使用します。

• GKE

料金計算ツールを使うと、予想使用量に基づいて費用の見積もりを生成できます。 新しい Google Cloud ユーザーは無料トライアルをご利用いただける場合があります。

このドキュメントに記載されているタスクの完了後、作成したリソースを削除すると、それ以上の請求は発生しません。詳細については、クリーンアップをご覧ください。

始める前に

Cloud Shell には、このチュートリアルに必要な kubectl や gcloud CLI などのソフトウェアがプリインストールされています。Cloud Shell を使用しない場合は、gcloud CLI をインストールする必要があります。

1. Google Cloud アカウントにログインします。Google Cloud を初めて使用する場合は、アカウントを作成して、実際のシナリオでの Google プロダクトのパフォーマンスを評価してください。新規のお客様には、ワークロードの実行、テスト、デプロイができる無料クレジット $300 分を差し上げます。
2. Google Cloud CLI をインストールします。

3. gcloud CLI を初期化するには:

   gcloud init

   注: すでに gcloud CLI をインストールしている場合は、gcloud components update を実行して、最新バージョンがインストールされていることを確認してください。

4. Google Cloud プロジェクトを作成または選択します。

   注: この手順で作成するリソースをそのまま保持する予定でない場合、既存のプロジェクトを選択するのではなく、新しいプロジェクトを作成してください。チュートリアルの終了後にそのプロジェクトを削除すれば、プロジェクトに関連するすべてのリソースを削除できます。

   • Google Cloud プロジェクトを作成します。

     gcloud projects create PROJECT_ID

     PROJECT_ID は、作成する Google Cloud プロジェクトの名前に置き換えます。

   • 作成した Google Cloud プロジェクトを選択します。

     gcloud config set project PROJECT_ID

     PROJECT_ID は、実際の Google Cloud プロジェクト名に置き換えます。

5. Google Cloud プロジェクトで課金が有効になっていることを確認します。

6. GKE API を有効にします。

   gcloud services enable container.googleapis.com

7. Google Cloud CLI をインストールします。

8. gcloud CLI を初期化するには:

   gcloud init

   注: すでに gcloud CLI をインストールしている場合は、gcloud components update を実行して、最新バージョンがインストールされていることを確認してください。

9. Google Cloud プロジェクトを作成または選択します。

   注: この手順で作成するリソースをそのまま保持する予定でない場合、既存のプロジェクトを選択するのではなく、新しいプロジェクトを作成してください。チュートリアルの終了後にそのプロジェクトを削除すれば、プロジェクトに関連するすべてのリソースを削除できます。

   • Google Cloud プロジェクトを作成します。

     gcloud projects create PROJECT_ID

     PROJECT_ID は、作成する Google Cloud プロジェクトの名前に置き換えます。

   • 作成した Google Cloud プロジェクトを選択します。

     gcloud config set project PROJECT_ID

     PROJECT_ID は、実際の Google Cloud プロジェクト名に置き換えます。

10. Google Cloud プロジェクトで課金が有効になっていることを確認します。

11. GKE API を有効にします。

    gcloud services enable container.googleapis.com

環境を準備する

環境の設定手順は次のとおりです。

1. 環境変数を設定します。

   export PROJECT_ID=PROJECT_ID
   export COMPUTE_LOCATION=COMPUTE_LOCATION
   

   次のように置き換えます。

   • PROJECT_ID: Google Cloud プロジェクト ID
   • COMPUTE_LOCATION: Compute Engine のロケーション（us-central1 など）。

2. GitHub リポジトリのクローンを作成します。

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

3. 作業ディレクトリを変更します。

   cd kubernetes-engine-samples/quickstarts/guestbook/
   

GKE クラスタを作成する

GKE の Autopilot クラスタまたは Standard クラスタを作成します。

Autopilot

gcloud container clusters create-auto guestbook \
    --location=${COMPUTE_LOCATION} \

Standard

gcloud container clusters create guestbook \
    --location=${COMPUTE_LOCATION} \
    --num-nodes=4

クラスタに接続する

クラスタと通信を行うように kubectl を構成します。

gcloud container clusters get-credentials guestbook \
    --location=${COMPUTE_LOCATION}

Redis リーダーを設定する

このアプリケーションは Redis を使用してデータを保存します。アプリケーションは、Redis リーダー インスタンスにデータを書き込み、複数の Redis フォロワー インスタンスからデータを読み取ります。

1. 次のマニフェストは、単一のレプリカ Redis リーダー Pod を実行する Kubernetes Deployment を記述しています。

   apiVersion: apps/v1
   kind: Deployment
   metadata:
     name: redis-leader
     labels:
       app: redis
       role: leader
       tier: backend
   spec:
     replicas: 1
     selector:
       matchLabels:
         app: redis
     template:
       metadata:
         labels:
           app: redis
           role: leader
           tier: backend
       spec:
         containers:
         - name: leader
           image: "docker.io/redis:6.0.5"
           resources:
             requests:
               cpu: 100m
               memory: 100Mi
           ports:
           - containerPort: 6379

   マニフェストをクラスタに適用します。

   kubectl apply -f redis-leader-deployment.yaml
   

2. Redis リーダー Pod が動作していることを確認します。

   kubectl get pods
   

   出力は次のようになります。

   NAME                           READY     STATUS    RESTARTS   AGE
   redis-leader-343230949-qfvrq   1/1       Running   0          43s
   

   STATUS が Pending から Running に変わるまでに数分かかることがあります。

Redis リーダー Service を作成する

このウェブ アプリケーションは、データを書き込むために Redis リーダーと通信する必要があります。Redis リーダー Pod にトラフィックをプロキシする Service を作成できます。

Service とは Kubernetes の抽象化機能の一つで、Pod の論理セットと、Pod へのアクセスを可能にするポリシーを定義するものです。Service を作成するときに、Pod のラベルに基づいてプロキシする Pod を記述します。

1. 次のマニフェストは、Redis リーダーの Service を記述しています。

   apiVersion: v1
   kind: Service
   metadata:
     name: redis-leader
     labels:
       app: redis
       role: leader
       tier: backend
   spec:
     ports:
     - port: 6379
       targetPort: 6379
     selector:
       app: redis
       role: leader
       tier: backend

   このマニフェストには、ラベルセレクタのセットが含まれています。これらのラベルは、前のステップでデプロイしたラベルのセットと一致しています。したがって、この Service は、前の手順で作成した Redis リーダー Pod にネットワーク トラフィックをルーティングします。

   マニフェストの ports セクションでは、1 つのポート マッピングが宣言されています。Service は port: 6379 上のトラフィックを指定の selector ラベルと一致するコンテナの targetPort: 6379 にルーティングします。Deployment にトラフィックをルーティングするには、Deployment で使用されている containerPort が targetPort と一致する必要があります。

   マニフェストをクラスタに適用します。

   kubectl apply -f redis-leader-service.yaml
   

2. GKE が Service を作成したことを確認します。

   kubectl get service
   

   出力は次のようになります。

   NAME           CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)    AGE
   kubernetes     10.51.240.1     <none>        443/TCP    42s
   redis-leader   10.51.242.233   <none>        6379/TCP   12s
   

Redis フォロワーを設定する

Redis リーダーは単一の Pod ですが、少数の Redis フォロワー（レプリカ）を追加することで、可用性を高め、トラフィックの需要を満たすことができます。

1. 次のマニフェストは、Redis フォロワー Pod の Deployment を記述しています。

   apiVersion: apps/v1
   kind: Deployment
   metadata:
     name: redis-follower
     labels:
       app: redis
       role: follower
       tier: backend
   spec:
     replicas: 2
     selector:
       matchLabels:
         app: redis
     template:
       metadata:
         labels:
           app: redis
           role: follower
           tier: backend
       spec:
         containers:
         - name: follower
           image: us-docker.pkg.dev/google-samples/containers/gke/gb-redis-follower:v2
           resources:
             requests:
               cpu: 100m
               memory: 100Mi
           ports:
           - containerPort: 6379

2. マニフェストをクラスタに適用します。

   kubectl apply -f redis-follower-deployment.yaml
   

3. 2 つの Redis フォロワー レプリカが実行されていることを確認します。

   kubectl get pods
   

   出力は次のようになります。

   NAME                              READY   STATUS    RESTARTS   AGE
   redis-follower-76588f55b7-bnsq6   1/1     Running   0          27s
   redis-follower-76588f55b7-qvtws   1/1     Running   0          27s
   redis-leader-dd446dc55-kl7nl      1/1     Running   0          119s
   

   STATUS が Pending から Running に変わるまでに数分かかることがあります。

Redis フォロワー Service を作成する

このウェブ アプリケーションは、データを読み取るために Redis フォロワーと通信する必要があります。Redis フォロワーを検出できるようにするには、Service を設定する必要があります。

1. 次のマニフェストは、Redis フォロワーの Service を記述しています。

   apiVersion: v1
   kind: Service
   metadata:
     name: redis-follower
     labels:
       app: redis
       role: follower
       tier: backend
   spec:
     ports:
       # the port that this service should serve on
     - port: 6379
     selector:
       app: redis
       role: follower
       tier: backend

   このマニフェストでは、Service がポート 6379 で実行されることを指定しています。Service の selector フィールドは、前の手順で作成した Redis フォロワー Pod と一致しています。

   マニフェストをクラスタに適用します。

   kubectl apply -f redis-follower-service.yaml
   

2. GKE が Service を作成したことを確認します。

   kubectl get service
   

   出力は次のようになります。

   NAME           CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)    AGE
   kubernetes     10.51.240.1     <none>        443/TCP    1m
   redis-leader   10.51.242.233   <none>        6379/TCP   49s
   redis-follower 10.51.247.238   <none>        6379/TCP   3s
   

アプリケーションのウェブ フロントエンドを設定する

アプリケーション用の Redis ストレージを用意できたので、ウェブサーバーを起動してみましょう。フロントエンドも Redis フォロワーと同様に Kubernetes Deployment を使用してデプロイされます。

ウェブ アプリケーションは PHP フロントエンドを使用します。このフロントエンドは、リクエストが読み取りか書き込みかに応じて、Redis フォロワー Service またはリーダー Service と通信するように構成されています。フロントエンドは JSON インターフェースを公開し、jQuery Ajax ベースの UI を提供します。

1. 次のマニフェストは、ウェブサーバーの Deployment を記述しています。

   apiVersion: apps/v1
   kind: Deployment
   metadata:
     name: frontend
   spec:
     replicas: 3
     selector:
       matchLabels:
           app: guestbook
           tier: frontend
     template:
       metadata:
         labels:
           app: guestbook
           tier: frontend
       spec:
         containers:
         - name: php-redis
           image: us-docker.pkg.dev/google-samples/containers/gke/gb-frontend:v5
           env:
           - name: GET_HOSTS_FROM
             value: "dns"
           resources:
             requests:
               cpu: 100m
               memory: 100Mi
           ports:
           - containerPort: 80

   マニフェスト ファイルでは、環境変数 GET_HOSTS_FROM=dns が指定されています。ウェブ フロントエンド アプリケーションに構成を提供すると、フロントエンド アプリケーションは redis-follower と redis-leader というホスト名を使用して DNS ルックアップを実行します。DNS ルックアップは、前の手順で作成した Service の IP アドレスを検索します。このコンセプトは、DNS サービス ディスカバリと呼ばれます。

   マニフェストをクラスタに適用します。

   kubectl apply -f frontend-deployment.yaml
   

2. レプリカが動作していることを確認します。

   kubectl get pods -l app=guestbook -l tier=frontend
   

   出力は次のようになります。

   NAME                        READY   STATUS    RESTARTS   AGE
   frontend-7b78458576-8kp8s   1/1     Running   0          37s
   frontend-7b78458576-gg86q   1/1     Running   0          37s
   frontend-7b78458576-hz87g   1/1     Running   0          37s
   

外部 IP アドレスでフロントエンドを公開する

現在の構成では、前のステップで作成した redis-follower Service と redis-leader Service は GKE クラスタの内部でのみアクセスできます。これは、Service のデフォルト タイプが ClusterIP であるためです。

ClusterIP Service は、Service が参照している一連の Pod に単一の IP アドレスを提供します。この IP アドレスは、クラスタ内でのみアクセスできます。

ウェブ フロントエンド サービスを外部からアクセスできるようにするには、要件に応じて Service 構成で type: LoadBalancer または type: NodePort を指定します。

次のマニフェストは、LoadBalancer タイプの Service を記述しています。

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: frontend
  labels:
    app: guestbook
    tier: frontend
spec:
  type: LoadBalancer
  ports:
    # the port that this service should serve on
  - port: 80
  selector:
    app: guestbook
    tier: frontend

ports セクションのポートの宣言では port: 80 が指定されており、targetPort は指定されていません。targetPort プロパティを省略した場合、デフォルトで port フィールドの値が使用されます。この場合、この Service はポート 80 の外部トラフィックを frontend Deployment のコンテナのポート 80 に転送します。

マニフェストをクラスタに適用します。

kubectl apply -f frontend-service.yaml

frontend Service の作成時には、GKE によりロードバランサと外部 IP アドレスが作成されます。これらのリソースは課金の対象となります。

アプリケーションのウェブサイトにアクセスする

アプリケーションのウェブサイトにアクセスするには、frontend Service の外部 IP アドレスを取得します。

kubectl get service frontend

出力は次のようになります。

NAME       CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP        PORT(S)        AGE
frontend   10.51.242.136   109.197.92.229     80:32372/TCP   1m

ロードバランサの作成中は、EXTERNAL-IP 列に <pending> が表示されることがあります。これには数分かかることがあります。 Does not have minimum availability などのエラーが表示された場合は、数分待ちます。この一時的なエラーが発生するのは、変更を行うために GKE がノードを再作成するためです。

IP アドレスをコピーして、ブラウザでページを開きます。

メッセージを入力して [Submit] をクリックし、エントリを追加してみてください。入力したメッセージはフロントエンドに表示されます。このメッセージは、作成した Service を介してデータが Redis に正常に追加されたことを示します。

ウェブ フロントエンドをスケールアップする

しばらく前から運用していたアプリケーションが突然注目を集めるようになりました。そこで、フロントエンドのウェブサーバーを増やすことにしました。そのためには、Pod の数を増やす必要があります。

1. frontend Pod の数をスケールアップします。

   kubectl scale deployment frontend --replicas=5
   

   出力は次のようになります。

   deployment.extensions/frontend scaled
   

2. 実行中のレプリカの数を確認します。

   kubectl get pods
   

   出力は次のようになります。

   NAME                             READY     STATUS    RESTARTS   AGE
   frontend-88237173-3s3sc          1/1       Running   0          1s
   frontend-88237173-twgvn          1/1       Running   0          1s
   frontend-88237173-5p257          1/1       Running   0          23m
   frontend-88237173-84036          1/1       Running   0          23m
   frontend-88237173-j3rvr          1/1       Running   0          23m
   redis-leader-343230949-qfvrq     1/1       Running   0          54m
   redis-follower-132015689-dp23k   1/1       Running   0          37m
   redis-follower-132015689-xq9v0   1/1       Running   0          37m
   

   同じコマンドを使用して、frontend Pod の数をスケールダウンできます。ただし、5 は 1 に置き換えます。

クリーンアップ

このチュートリアルで使用したリソースについて、Google Cloud アカウントに課金されないようにするには、リソースを含むプロジェクトを削除するか、プロジェクトを維持して個々のリソースを削除します。

プロジェクトの削除

注意: プロジェクトを削除すると、次のような影響があります。

• プロジェクト内のすべてのものが削除されます。このドキュメントのタスクで既存のプロジェクトを使用した場合、それを削除すると、そのプロジェクトで行った他の作業もすべて削除されます。
• カスタム プロジェクト ID が失われます。このプロジェクトを作成したときに、将来使用するカスタム プロジェクト ID を作成した可能性があります。そのプロジェクト ID を使用した URL（たとえば、appspot.com）を保持するには、プロジェクト全体ではなくプロジェクト内の選択したリソースだけを削除します。

複数のアーキテクチャ、チュートリアル、クイックスタートを実施する予定がある場合は、プロジェクトを再利用すると、プロジェクトの割り当て上限を超えないようにすることができます。

Google Cloud プロジェクトを削除します。

gcloud projects delete PROJECT_ID

個々のリソースを削除する

既存のプロジェクトを削除しない場合は、リソースを個別に削除します。

1. 次のコマンドで frontend Service を削除します。

   kubectl delete service frontend
   

2. GKE クラスタを削除します。

   gcloud container clusters delete guestbook
   

次のステップ

• 水平 Pod 自動スケーリングの構成方法を確認する。
• Persistent Disk と Cloud SQL を使用して GKE に WordPress をデプロイする方法を確認する。
• 静的 IP アドレスでドメイン名を構成する方法を学習する。
• Kubernetes Engine のチュートリアルを調べる。