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

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。

Redis リーダーを設定する
2 つの Redis フォロワーを設定する
ウェブフロントエンドを設定する
ウェブサイトにアクセスする
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。

GKE クラスタのアーキテクチャ

費用

このドキュメントでは、課金対象である次の Google Cloudコンポーネントを使用します。

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。

新規の 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。

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Install the Google Cloud CLI.

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。

外部 ID プロバイダ（IdP）を使用している場合は、まずフェデレーション ID を使用して gcloud CLI にログインする必要があります。

gcloud CLI を初期化するには、次のコマンドを実行します。

gcloud init

Create or select a Google Cloud project.

Create a Google Cloud project:
```
gcloud projects create PROJECT_ID
```
Replace PROJECT_ID with a name for the Google Cloud project you are creating.
Select the Google Cloud project that you created:
```
gcloud config set project PROJECT_ID
```
Replace PROJECT_ID with your Google Cloud project name.

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

Enable the GKE API:

gcloud services enable container.googleapis.com

Install the Google Cloud CLI.

外部 ID プロバイダ（IdP）を使用している場合は、まずフェデレーション ID を使用して gcloud CLI にログインする必要があります。

gcloud CLI を初期化するには、次のコマンドを実行します。

gcloud init

Create or select a Google Cloud project.

Create a Google Cloud project:
```
gcloud projects create PROJECT_ID
```
Replace PROJECT_ID with a name for the Google Cloud project you are creating.
Select the Google Cloud project that you created:
```
gcloud config set project PROJECT_ID
```
Replace PROJECT_ID with your Google Cloud project name.

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

Enable the GKE API:

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。

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

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

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。

次のマニフェストには、単一のレプリカ Redis リーダー Pod を実行する Kubernetes Deployment が記述されています。

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

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。

次のマニフェストには、Redis リーダーの Service が記述されています。
```
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
```

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。

次のマニフェストには、Redis フォロワー Pod の Deployment が記述されています。

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

マニフェストをクラスタに適用します。
```
kubectl apply -f redis-follower-deployment.yaml
```

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。

次のマニフェストには、Redis フォロワーの Service が記述されています。

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 をポート 6379 で実行す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

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。

次のマニフェストには、ウェブサーバーの Deployment が記述されています。

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

この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

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。

次のマニフェストには、LoadBalancer タイプの Service が記述されています。

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。

GKE で動作するウェブアプリケーション

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。

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
```

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。

プロジェクトを削除する

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。

Delete a Google Cloud project:

gcloud projects delete PROJECT_ID

個々のリソースの削除

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。

次のコマンドで frontend Service を削除します。
```
kubectl delete service frontend
```

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。

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 コレクションでコンテンツを整理 必要に応じて、コンテンツの保存と分類を行います。

目標

費用

始める前に

環境を準備する

GKE クラスタを作成する

クラスタに接続する

Redis リーダーを設定する

Redis リーダー Service を作成する

Redis フォロワーを設定する

Redis フォロワー Service を作成する

アプリケーションのウェブ フロントエンドを設定する

外部 IP アドレスでフロントエンドを公開する

アプリケーションのウェブサイトにアクセスする

ウェブ フロントエンドをスケールアップする

クリーンアップ

プロジェクトを削除する

個々のリソースの削除

次のステップ

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

アプリケーションのウェブフロントエンドを設定する

ウェブフロントエンドをスケールアップする