部署容器化 Web 应用

本教程介绍如何将 Web 应用打包到 Docker 容器映像中 ，并在 Google Kubernetes Engine (GKE) 集群上运行该容器映像。然后将 Web 应用部署为可随用户需求而扩缩、支持负载平衡的副本集。

目标

• 将示例 Web 应用打包到 Docker 映像中。
• 将 Docker 映像上传到 Artifact Registry。
• 创建 GKE 集群。
• 将示例应用部署到集群。
• 管理部署的自动扩缩。
• 将示例应用公开发布到互联网。
• 部署示例应用的新版本。

费用

本教程使用 Google Cloud 的以下收费组件：

• GKE
• Artifact Registry

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。

完成本教程后，您可以删除所创建的资源以避免继续计费。如需了解详情，请参阅清理。

准备工作

请按照以下步骤启用 Kubernetes Engine API：

1. 登录您的 Google Cloud 帐号。如果您是 Google Cloud 新手，请创建一个帐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 Cloud 项目已启用结算功能。了解如何检查项目是否已启用结算功能。

4. 启用 Artifact Registry and Google Kubernetes Engine API。

   启用 API

5. 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”

6. 确保您的 Cloud 项目已启用结算功能。了解如何检查项目是否已启用结算功能。

7. 启用 Artifact Registry and Google Kubernetes Engine API。

   启用 API

选项 A：使用 Cloud Shell

您可以使用 Cloud Shell 来执行本教程中所述的操作，该环境中预装了本教程中用到的 gcloud、docker、kubectl 命令行工具。如果使用 Cloud Shell，则无需在工作站上安装这些命令行工具。

如需使用 Cloud Shell，请执行以下操作：

1. 转到 Google Cloud Console。

2. 点击 Cloud Console 窗口顶部的激活 Cloud Shell 按钮。

   一个 Cloud Shell 会话随即会在 Cloud Console 底部的新框内打开，并显示命令行提示符。

   

选项 B：在本地使用命令行工具

如果您希望在工作站上按照本教程中的说明操作，请按照以下步骤安装必要的工具。

注意：如果您使用的是在其中已安装 gcloud 的现有环境，请确保使用您的用户帐号初始化 gcloud。

1. 安装 Google Cloud CLI。

2. 使用 gcloud CLI 安装 Kubernetes 命令行工具。kubectl 用于与 Kubernetes 通信，Kubernetes 是 GKE 的集群编排系统：

   gcloud components install kubectl
   

3. 在工作站上安装 Docker 社区版 (CE)。您将用它为应用构建容器映像。

4. 安装 Git 源代码控制工具以从 GitHub 获取示例应用。

创建代码库

在本教程中，您将映像存储在 Artifact Registry 中并从注册表中部署。Artifact Registry 是 Google Cloud 上推荐的容器注册表。在本快速入门中，您需要创建一个名为 hello-repo 的代码库。

注意：如果您目前在使用 Container Registry，则可以了解域名注册管理机构之间的差异用于构建和部署映像。

1. 将 PROJECT_ID 环境变量设置为您的 Google Cloud 项目 ID (PROJECT_ID)。构建容器映像并将其推送到代码库时，您将使用此环境变量。

   export PROJECT_ID=PROJECT_ID
   

2. 确认 PROJECT_ID 环境变量的值正确无误：

   echo $PROJECT_ID
   

3. 设置 Google Cloud CLI 的项目 ID：

   gcloud config set project $PROJECT_ID
   

   输出：

   Updated property [core/project].
   

   注意：您的 gcloud CLI 可能已设置为 $PROJECT_ID - 您仍会看到 Updated property 输出。

4. 使用以下命令创建 hello-repo 代码库：

   gcloud artifacts repositories create hello-repo \
      --repository-format=docker \
      --location=REGION \
      --description="Docker repository"
   

   将 REGION 替换为代码库的地区，例如 us-west1。要查看可用位置的列表，请运行以下命令：

    gcloud artifacts locations list
   

构建容器映像

在本教程中，您将部署一个名为 hello-app 的示例 Web 应用，这是一个用 Go 编写的 Web 服务器，可在端口 8080 上响应所有请求并显示 Hello, World! 消息。

GKE 接受 Docker 映像作为应用部署格式。 在将 hello-app 部署到 GKE 之前，您必须将 hello-app 源代码打包为 Docker 映像。

如需构建 Docker 映像，您需要具有源代码和 Dockerfile。 Dockerfile 中包含有关如何构建该映像的说明。

1. 通过运行以下命令下载 hello-app 源代码和 Dockerfile：

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

2. 为 hello-app 构建和标记 Docker 映像：

   docker build -t REGION-docker.pkg.dev/${PROJECT_ID}/hello-repo/hello-app:v1 .
   

   此命令指示 Docker 使用当前目录中的 Dockerfile 构建映像，将其保存到本地环境，并使用名称（例如 us-west1-docker.pkg.dev/my-project/hello-repo/hello-app:v1）对其进行标记。该映像将在下一部分中被推送到 Artifact Registry。

   • PROJECT_ID 变量会将容器映像与您的 Google Cloud 项目中的 hello-repo 代码库相关联。
   • us-west1-docker.pkg.dev 前缀是指您的代码库的区域主机 Artifact Registry。
   注意：如果系统提示，请授权 Cloud Shell 进行 Google Cloud API 调用。

3. 运行 docker images 命令以验证构建是否成功：

   docker images
   

   输出：

   REPOSITORY                                                 TAG     IMAGE ID       CREATED          SIZE
   us-west1-docker.pkg.dev/my-project/hello-repo/hello-app    v1      25cfadb1bf28   10 seconds ago   54 MB
   

   注意：您可能还会看到代表中间映像层的其他映像。

在本地运行容器（可选）

1. 使用本地 Docker 引擎测试容器映像：

   docker run --rm -p 8080:8080 REGION-docker.pkg.dev/${PROJECT_ID}/hello-repo/hello-app:v1
   

2. 如果您使用的是 Cloud Shell，请点击网页预览按钮 ，然后选择 8080 端口号。GKE 会在新的浏览器窗口中打开其代理服务的预览网址。

3. 否则，打开一个新的终端窗口（或 Cloud Shell 标签页）并运行以下命令，以验证容器是否正常工作并以“Hello, World!”响应请求。

   curl http://localhost:8080
   

   看到成功响应后，您可以在运行 docker run 命令的标签页中按 Ctrl+C 来关闭容器。

将 Docker 映像推送到 Artifact Registry

您必须将容器映像上传到注册表，以便您的 GKE 集群可以下载并运行该容器映像。在本教程中，您需要将容器存储在 Artifact Registry 中。

1. 配置 Docker 命令行工具以向 Artifact Registry 进行身份验证：

   gcloud auth configure-docker REGION-docker.pkg.dev
   

   注意：您可以忽略任何有关凭据帮助程序的详细列表的警告。

2. 将刚刚构建的 Docker 映像推送到代码库：

   docker push REGION-docker.pkg.dev/${PROJECT_ID}/hello-repo/hello-app:v1
   

创建 GKE 集群

现在，Docker 映像已存储在 Artifact Registry 中，接下来创建 GKE 集群来运行 hello-app。GKE 集群由运行 Kubernetes 的 Compute Engine 虚拟机实例池组成，Kubernetes 是为 GKE 提供支持的开源集群编排系统。

Cloud Shell

1. 设置 Compute Engine 地区或区域。根据您在 GKE 中选择使用的操作模式，指定默认的可用区或区域。如果您使用标准模式，您的集群是可用区级（对于本教程），因此请设置您的默认计算可用区。如果您使用 Autopilot 模式，您的集群是区域级，因此请设置您的默认计算区域。选择最接近您创建的 Artifact Registry 代码库的地区或区域。

   • 标准集群，例如 us-west1-a：

     gcloud config set compute/zone COMPUTE_ZONE
     

   • Autopilot 集群，例如 us-west1：

     gcloud config set compute/region COMPUTE_REGION
     

2. 创建名为 hello-cluster 的集群：

   • 标准集群：

     gcloud container clusters create hello-cluster
     

   • Autopilot 集群：

     gcloud container clusters create-auto hello-cluster
     

   创建 GKE 集群并进行健康检查需要几分钟的时间。

3. 命令完成后，运行以下命令以查看集群的三个节点：

   kubectl get nodes
   

   输出：

   NAME                                           STATUS   ROLES    AGE   VERSION
   gke-hello-cluster-default-pool-229c0700-cbtd   Ready    <none>   92s   v1.18.12-gke.1210
   gke-hello-cluster-default-pool-229c0700-fc5j   Ready    <none>   91s   v1.18.12-gke.1210
   gke-hello-cluster-default-pool-229c0700-n9l7   Ready    <none>   92s   v1.18.12-gke.1210
   

控制台

1. 转到 Cloud Console 中的 Google Kubernetes Engine 页面。

   转到 Google Kubernetes Engine

2. 点击 创建。

3. 选择“标准”或 Autopilot 模式，然后点击配置。

4. 在名称字段中，输入名称 hello-cluster。

5. 选择可用区或区域：

   • 标准集群：在位置类型下，选择可用区级，然后从可用区下拉列表中选择一个 Compute Engine 可用区，例如 us-west1-a。

   • Autopilot 集群：从区域下拉列表中选择一个 Compute Engine 区域，例如 us-west1。

6. 点击创建。这将创建一个 GKE 集群。

7. 等待集群创建完成。集群准备就绪后，集群名称旁边会显示一个绿色对勾标记。

将示例应用部署到 GKE

您现在可以将构建的 Docker 映像部署到 GKE 集群。

Kubernetes 将应用表示为 Pod，这是可扩缩的单元，包含一个或多个容器。Pod 是 Kubernetes 中最小的可部署单元。通常，您可以将 Pod 部署为可扩缩并分布在整个集群中的副本集。部署副本集的一种方法是通过 Kubernetes 部署来完成操作。

在本部分中，您将创建一个 Kubernetes Deployment，以便在您的集群上运行 hello-app。此 Deployment 具有副本 (Pod)。一个部署 Pod 仅包含一个容器：即 hello-app Docker 映像。您还将创建一个 HorizontalPodAutoscaler 资源，根据 CPU 负载将 Pod 数量从 3 个扩缩为 1 到 5 个之间。

Cloud Shell

1. 确保您已连接到 GKE 集群。

   gcloud container clusters get-credentials hello-cluster --zone COMPUTE_ZONE
   

2. 为您的 hello-app Docker 映像创建 Kubernetes 部署。

   kubectl create deployment hello-app --image=REGION-docker.pkg.dev/${PROJECT_ID}/hello-repo/hello-app:v1
   

3. 将部署副本的基准数量设置为 3。

   kubectl scale deployment hello-app --replicas=3
   

4. 为您的部署创建一个 HorizontalPodAutoscaler 资源。

   kubectl autoscale deployment hello-app --cpu-percent=80 --min=1 --max=5
   

5. 如需查看已创建的 Pod，请运行以下命令：

   kubectl get pods
   

   输出：

   NAME                         READY   STATUS    RESTARTS   AGE
   hello-app-784d7569bc-hgmpx   1/1     Running   0          10s
   hello-app-784d7569bc-jfkz5   1/1     Running   0          10s
   hello-app-784d7569bc-mnrrl   1/1     Running   0          15s
   

控制台

1. 转到 Cloud Console 中的工作负载页面。

   访问“工作负载”

2. 点击 部署。

3. 在容器部分中，选择现有容器映像。

4. 在映像路径字段中，点击选择。

5. 在选择容器映像窗格中，选择您已推送到 Artifact Registry 的 hello-app 映像，然后点击选择。

6. 在容器部分中，点击完成，然后点击继续。

7. 在配置部分中的标签下，输入 app 作为键，输入 hello-app 作为值。

8. 在配置 YAML 下，点击查看 YAML。这将打开一个 YAML 配置文件，该文件表示将要部署到集群中的两个 Kubernetes API 资源：一个 Deployment 资源，以及一个用于该 Deployment 资源的 HorizontalPodAutoscaler 资源。

9. 点击关闭，然后点击部署。

10. Deployment Pod 准备就绪后，Deployment 详情页面随即打开。

11. 在代管 pod 下，注意 Deployment 三个正在运行的 hello-app Pod。

将示例应用公开发布到互联网

虽然 Pod 确实具有单独分配的 IP 地址，但这些 IP 地址只能从集群内部访问。此外，GKE Pod 设计是临时的，可根据扩缩需求启动或关闭。当 Pod 因错误而崩溃时，GKE 会自动重新部署该 Pod，并且每次都会为 Pod 分配新的 IP 地址。

这意味着对于任何部署，与活跃 Pod 组对应的 IP 地址集是动态的。我们需要一种方法来执行以下操作：1) 将 Pod 组合成一个静态主机名，以及 2) 将集群外的一组 Pod 公开发布到互联网。

Kubernetes 服务可同时解决这两个问题。 这些服务会将 Pod 组合成一个静态 IP 地址，并且可从集群内的任何 Pod 进行访问。 GKE 还会为该静态 IP 地址分配 DNS 主机名。例如 hello-app.default.svc.cluster.local。

GKE 中的默认服务类型为 ClusterIP，其中服务将获得只能从集群内部访问的 IP 地址。 如需在集群外部公开 Kubernetes 服务，请创建 LoadBalancer 类型的服务。此类型的服务会为可通过互联网访问的一组 Pod 生成外部负载平衡器 IP 地址。

在本部分中，您将使用 LoadBalancer 类型的 Service 将 hello-app Deployment 公开发布到互联网。

注意：外部 HTTP(S) 负载平衡器（根据结算）与 GKE 的费用分开。

Cloud Shell

1. 使用 kubectl expose 命令为 hello-app 部署生成 Kubernetes 服务：

   kubectl expose deployment hello-app --name=hello-app-service --type=LoadBalancer --port 80 --target-port 8080
   

   此处，--port 标志指定在负载平衡器上配置的端口号，--target-port 标志指定 hello-app 容器正在侦听的端口号。

2. 运行以下命令以获取 hello-app-service 的服务详情：

   kubectl get service
   

   输出：

   NAME                 CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP     PORT(S)          AGE
   hello-app-service    10.3.251.122    203.0.113.0     80:30877/TCP     10s
   

3. 将 EXTERNAL_IP 地址复制到剪贴板（例如：203.0.113.0）。

   注意：预配负载平衡器可能需要几分钟的时间。 在预配负载平衡器之前，您可能会看到 <pending> IP 地址。

控制台

1. 转到 Cloud Console 中的工作负载页面。

   转到“工作负载”

2. 点击 hello-app。

3. 在“Deployment 详情”页面中，点击 操作 > 公开。

4. 在公开对话框中，将目标端口设置为 8080。这是 hello-app 容器侦听的端口。

5. 从 Service 类型下拉列表中，选择负载平衡器。

6. 点击公开，为 hello-app 创建 Kubernetes Service。

7. 负载平衡器准备就绪后，Service 详情页面随即打开。

8. 向下滚动到外部端点字段，然后复制 IP 地址。

现在，hello-app Pod 已通过 Kubernetes 服务公开发布到互联网，您可以打开新的浏览器标签页，然后导航到先前复制到剪贴板中的服务 IP 地址。您会看到一条 Hello, World! 消息以及一个 Hostname 字段。Hostname 对应于向浏览器传送 HTTP 请求的三个 hello-app Pod 中的一个。

部署示例应用的新版本

在本部分中，您将通过构建新的 Docker 映像并将其部署到 GKE 集群，来将 hello-app 升级到新版本。

GKE 的滚动更新功能让您可以在不停机的情况下更新 Deployment。在滚动更新期间，GKE 集群将逐步将现有 hello-app Pod 替换为包含新版本的 Docker 映像的 Pod。在更新期间，负载平衡器服务仅将流量路由到可用的 Pod。

1. 返回到 Cloud Shell，现在您已在其中克隆了 hello 应用源代码和 Dockerfile。 更新 main.go 文件中的函数 hello() 以报告新版本 2.0.0。

2. 构建并标记新的 hello-app Docker 映像。

   docker build -t REGION-docker.pkg.dev/${PROJECT_ID}/hello-repo/hello-app:v2 .
   

3. 将该映像推送到 Artifact Registry。

   docker push REGION-docker.pkg.dev/${PROJECT_ID}/hello-repo/hello-app:v2
   

现在，您可以更新 hello-app Kubernetes 部署来使用新的 Docker 映像。

注意：由于您先前创建了 HorizontalPodAutoscaler，因此本部分中运行的 hello-app Pod 数量可能少于最初部署的三个 Pod。您的 GKE 集群可能已根据低 CPU 使用率缩减了 Pod 数量。

Cloud Shell

1. 使用 kubectl set image 命令通过映像更新将滚动更新应用于现有 hello-app Deployment：

   kubectl set image deployment/hello-app hello-app=REGION-docker.pkg.dev/${PROJECT_ID}/hello-repo/hello-app:v2
   

2. 运行 v1 映像的 Pod 停止运行后，系统会启动运行 v2 映像的新 Pod。

   watch kubectl get pods
   

   输出：

   NAME                        READY   STATUS    RESTARTS   AGE
   hello-app-89dc45f48-5bzqp   1/1     Running   0          2m42s
   hello-app-89dc45f48-scm66   1/1     Running   0          2m40s
   

3. 在单独的标签页中，再次导航到 hello-app-service 外部 IP。您现在应该看到 Version 被设置为 2.0.0.。

控制台

1. 转到 Cloud Console 中的工作负载页面。

   转到“工作负载”

2. 点击 hello-app。

3. 在 Deployment 详情页面上，点击 操作 > 滚动更新。

4. 在滚动更新对话框中，将 hello-app 的图片字段设置为 REGION-docker.pkg.dev/PROJECT_ID/hello-repo/hello-app:v2。

5. 点击更新。

6. 在 Deployment 详情页面上，查看有效修订版本部分。您现在应该看到两个修订版本：1 和 2。修订版本 1 对应于您之前创建的初始 Deployment。修订版本 2 是您刚刚执行的滚动更新。

7. 片刻之后，刷新页面。在代管 Pod 下，hello-app 的所有副本现在均对应于修订版本 2。

8. 在单独的标签页中，再次导航到您复制的 Service IP 地址。Version 应为 2.0.0.

清除数据

为避免因本教程中使用的资源导致您的 Google Cloud 帐号产生费用，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。

1. 删除 Service：此步骤将取消并释放为 Service 创建的 Cloud Load Balancer：

   kubectl delete service hello-app-service
   

2. 删除集群：此步骤将删除构成集群的资源，如计算实例、磁盘和网络资源：

   gcloud container clusters delete hello-cluster --zone COMPUTE_ZONE
   

3. 删除容器映像：此操作会删除推送到 Artifact Registry 的 Docker 映像。

   gcloud artifacts docker images delete \
       REGION-docker.pkg.dev/${PROJECT_ID}/hello-repo/hello-app:v1 \
       --delete-tags --quiet
   gcloud artifacts docker images delete \
       REGION-docker.pkg.dev/${PROJECT_ID}/hello-repo/hello-app:v2 \
       --delete-tags --quiet
   

后续步骤

• 了解 GKE 价格并使用价格计算器估算费用。

• 阅读负载平衡器教程，其中演示了 web 应用的高级负载平衡配置。

• 为您的应用配置静态 IP 和域名。

• 浏览其他 Kubernetes Engine 教程。

• 探索有关 Google Cloud 的参考架构、图表、教程和最佳做法。查看我们的云架构中心。

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如果您是 Google Cloud 新手，请创建一个帐号来评估 GKE 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。

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