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。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 Container 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。

准备工作

请按照以下步骤启用 Kubernetes Engine API:
  1. 访问 Google Cloud Console 中的 Kubernetes Engine 页面
  2. 创建或选择项目。
  3. 稍作等待,让 API 和相关服务完成启用过程。 此过程可能耗时几分钟。
  4. 确保您的 Google Cloud 项目已启用结算功能。 了解如何确认您的项目已启用结算功能

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 gclouddockerkubectl 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 激活 Shell 按钮 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。

    Cloud Shell 会话

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,则需要安装以下工具:

  1. 安装 Google Cloud SDK,其中包含 gcloud 命令行工具。
  2. 使用 gcloud 命令行工具,安装 Kubernetes 命令行工具。kubectl 用于与 Kubernetes 通信,Kubernetes 是 GKE 集群的集群编排系统:

    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。

第 1 步:构建容器映像

在本教程中,您将部署一个名为 hello-app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,您首先需要将 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. PROJECT_ID 环境变量设置为您的 Google Cloud 项目 ID (project-id)。PROJECT_ID 变量用于将容器映像与您的项目的 Container Registry 相关联。

    export PROJECT_ID=project-id
    
  3. hello-app 构建和标记 Docker 映像:

    docker build -t gcr.io/${PROJECT_ID}/hello-app:v1 .
    

    此命令指示 Docker 使用当前目录中的 Dockerfile 构建映像,并使用名称(例如 gcr.io/my-project/hello-app:v1)对其进行标记。gcr.io 前缀是指 Container Registry,映像将托管在其中。运行此命令不会上传映像。

  4. 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
    gcr.io/my-project/hello-app    v1                  25cfadb1bf28        10 seconds ago      54 MB
    

第 2 步: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 gcr.io/${PROJECT_ID}/hello-app:v1
    
  2. 如果您使用的是 Cloud Shell,请点击网页预览按钮 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,以验证容器是否工作正常并以“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。

第 3 步:将 Docker 映像推送到 Container Registry

您需要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映像。

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

    gcloud auth configure-docker
    
  2. 将刚刚构建的 Docker 映像推送到 Container Registry:

    docker push gcr.io/${PROJECT_ID}/hello-app:v1
    

第 4 步:创建 GKE 集群

现在 Docker 映像存储在 Container Registry 中,您需要创建 GKE 集群来运行 hello-app。GKE 集群由运行 KubernetesCompute 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. gcloud 工具设置项目 IDCompute Engine 区域选项:

    gcloud config set project $PROJECT_ID
    gcloud config set compute/zone compute-zone
  2. 创建名为 hello-cluster 的集群:

    gcloud container clusters create hello-cluster
    

    创建 GKE 集群并进行运行状况检查需要几分钟的时间。

  3. 该命令运行完后,请运行以下命令以查看集群的三个工作器虚拟机实例:

    gcloud compute instances list
    
    输出:
    NAME                                           ZONE        MACHINE_TYPE   PREEMPTIBLE  INTERNAL_IP  EXTERNAL_IP    STATUS
    gke-hello-cluster-default-pool-d8b498d3-0d6r  us-east1-b   e2-medium                   10.142.0.4   35.237.4.149   RUNNING
    gke-hello-cluster-default-pool-d8b498d3-k29m  us-east1-b   e2-medium                   10.142.0.3   34.75.248.193  RUNNING
    gke-hello-cluster-default-pool-d8b498d3-vcrj  us-east1-b   e2-medium                   10.142.0.2   35.196.51.235  RUNNING
    

控制台

  1. 访问 Cloud Console 中的 Google Kubernetes Engine 菜单。

    访问 Google Kubernetes Engine 菜单

  2. 点击创建集群按钮。

  3. 集群基本信息部分,输入名称 hello-cluster

  4. 通过从下拉菜单中选择 Compute Engine 区域来设置区域

  5. 点击创建。这将创建一个具有 3 个节点的 GKE 集群。

  6. 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。

第 5 步: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。

您将创建 Kubernetes 部署以在集群上运行 hello-app。此部署将有 3 个副本 (Pod)。一个部署 Pod 将仅包含一个容器:即 hello-app Docker 映像。 此外,您还将创建一个 HorizontalPodAutoscaler 资源,该资源根据 CPU 负载将 Pod 的数量从 3 扩缩为 1 到 5。

Cloud Shell

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

    kubectl create deployment hello-app --image=gcr.io/${PROJECT_ID}/hello-app:v1
    
  2. 将部署副本的基准数量设置为 3。

    kubectl scale deployment hello-app --replicas=3
    
  3. 为您的部署创建一个 HorizontalPodAutoscaler 资源。

    kubectl autoscale deployment hello-app --cpu-percent=80 --min=1 --max=5
    
  4. 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. 访问 Cloud Console 中的 Google Kubernetes Engine“工作负载”菜单。

    访问“工作负载”菜单

  2. 在“工作负载”菜单中,点击部署

  3. 在出现的“创建部署”窗口中,点击现有容器映像

  4. 使用下拉菜单,点击您推送到 Container Registry 的 hello-app 映像。

  5. 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:一个部署资源,以及一个用于该部署资源的 HorizontalPodAutoscaler 资源。

  6. 点击部署

  7. 等待部署 Pod 准备就绪。在 GKE 集群部署 3 个 hello-app Pod 时,您将看到蓝色的旋转轮;然后在 Pod 成功部署后,您将看到绿色的对勾标记。

  8. 通过导航到 Kubernetes Engine,然后导航到工作负载,等待 Pod 准备就绪。点击 hello-app 并向下滚动到托管 Pod 部分。您应该会看到 3 个 hello-app Pod。

第 6 步: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 的设计是临时的,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,您需要创建 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。

现在,您将使用 LoadBalancer 类型的服务将 hello-app 部署公开发布到互联网。

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

控制台

  1. 访问 Cloud Console 中的 Google Kubernetes Engine“工作负载”菜单。

    访问“工作负载”菜单

  2. 点击 hello-app

  3. 在“部署详情”页面中,点击公开

  4. 在“公开部署”菜单中,将目标端口设置为 8080。 这是 hello-app 容器侦听的端口。

  5. 点击公开以生成用于 hello-app 的 Kubernetes 服务,该服务名为 hello-app-service

  6. 等待外部负载平衡器完成创建。您将在 Google Cloud Console 中看到一个蓝色的旋转轮;当负载平衡器准备就绪后,您将被重定向到 hello-app-service 的“服务详情”页面。

  7. 向下滚动到外部端点字段,然后将地址复制到剪贴板。

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。您应该会看到一条 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。

第 7 步:部署示例应用的新版本

在此部分中,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部署。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。 通过更新 main.go 来报告新版本 2.0.0,从而创建新版本的 hello-app 源代码。

  2. 构建并标记新的 hello-app Docker 映像。

    docker build -t gcr.io/${PROJECT_ID}/hello-app:v2 .
    
  3. 将映像推送到 Container Registry。

    docker push gcr.io/${PROJECT_ID}/hello-app:v2
    

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

Cloud Shell

  1. 通过更新映像,对现有部署进行滚动更新:

    kubectl set image deployment/hello-app hello-app=gcr.io/${PROJECT_ID}/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. 访问 Cloud Console 中的 Google Kubernetes Engine“工作负载”菜单。

    访问“工作负载”菜单

  2. 点击 hello-app

  3. 操作下,点击滚动更新

  4. 在出现的窗口中,将映像字段设置为 gcr.io/[YOUR_PROJECT_ID]/hello-app:v2

  5. 点击更新以开始滚动更新。

  6. 返回到 hello-app 的部署视图,然后向下滚动到有效修订版本。 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部署。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。在托管 Pod 下,您应该看到 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 hello-app-service 外部 IP。您现在应该看到 Version 被设置为 2.0.0.

清理

为避免因本教程中使用的资源导致您的 Google Cloud Platform 帐号产生费用,请执行以下操作:

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

     gcloud container images delete gcr.io/${PROJECT_ID}/hello-app:v1  --force-delete-tags --quiet
    

后续步骤