Esegui il deployment di un carico di lavoro stateful con Filestore

Autopilot

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Questo tutorial mostra come eseguire il deployment di un semplice carico di lavoro stateful in lettura/scrittura utilizzando un volume permanente (PV) e una richiesta di volume permanente (PVC) su Google Kubernetes Engine (GKE). Segui questo tutorial per scoprire come progettare per l'adattabilità scalabile utilizzando Filestore, il file system di rete gestito di Google Cloud.

Sfondo

Per natura, i pod sono temporanei. Ciò significa che GKE distrugge lo stato e il valore archiviati in un pod quando questo viene eliminato, eliminato o ripianificato.

In qualità di operatore di applicazioni, potresti voler mantenere i carichi di lavoro stateful. Alcuni esempi di questi carichi di lavoro sono le applicazioni che elaborano articoli di WordPress, le app di messaggistica e le app che elaborano operazioni di machine learning.

Utilizzando Filestore su GKE, puoi eseguire le seguenti operazioni:

• Esegui il deployment di carichi di lavoro stateful scalabili.
• Consenti a più pod di avere ReadWriteMany come accessMode, in modo che più pod possano leggere e scrivere contemporaneamente nello stesso spazio di archiviazione.
• Configura GKE in modo da montare i volumi in più pod contemporaneamente.
• Mantieni lo spazio di archiviazione quando i pod vengono rimossi.
• Consenti ai pod di condividere i dati e di scalare facilmente.

Obiettivi

Questo tutorial è rivolto agli operatori di applicazioni e ad altri utenti che vogliono configurare un carico di lavoro stateful scalabile su GKE utilizzando PVC e NFS.

Questo tutorial illustra i seguenti passaggi:

1. Creare un cluster GKE.
2. Configura l'archiviazione di file gestiti con Filestore utilizzando CSI.
3. Crea un pod del lettore e del writer.
4. Esponi il pod del lettore a un bilanciatore del carico del servizio e accedi.
5. Esegui lo scale up del writer.
6. Accedere ai dati dal pod dello scrittore.

Costi

Questo tutorial utilizza i seguenti componenti fatturabili di Google Cloud:

• Filestore
• GKE

Utilizza il Calcolatore prezzi per generare una stima dei costi in base all'utilizzo previsto.

Al termine di questo tutorial, puoi evitare la fatturazione continua eliminando le risorse che hai creato. Per ulteriori informazioni, vedi Pulizia.

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Per seguire le indicazioni dettagliate per questa attività direttamente nella console Google Cloud, fai clic su Procedura guidata:

Procedura guidata

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Prima di iniziare

Configura il progetto

1. 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.

2. In the Google Cloud console, on the project selector page, click Create project to begin creating a new Google Cloud project.

   Go to project selector

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

4. Enable the Compute Engine, GKE, and Filestore APIs.

   Enable the APIs

5. In the Google Cloud console, on the project selector page, click Create project to begin creating a new Google Cloud project.

   Go to project selector

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

7. Enable the Compute Engine, GKE, and Filestore APIs.

   Enable the APIs

Configura impostazioni predefinite per Google Cloud CLI

1. Nella console Google Cloud, avvia un'istanza Cloud Shell:
   Apri Cloud Shell

2. Scarica il codice sorgente di questa app di esempio:

   git clone https://github.com/GoogleCloudPlatform/kubernetes-engine-samples
   cd kubernetes-engine-samples/databases/stateful-workload-filestore
   

3. Imposta le variabili di ambiente predefinite:

   gcloud config set project PROJECT_ID
   gcloud config set compute/region COMPUTE_REGION
   gcloud config set compute/zone COMPUTE_ZONE
   gcloud config set filestore/zone COMPUTE_ZONE
   gcloud config set filestore/region COMPUTE_REGION
   

   Sostituisci i seguenti valori:

   • PROJECT_ID: il tuo ID progetto Google Cloud.
   • COMPUTE_REGION: la regione di Compute Engine.
   • COMPUTE_ZONE: la zona Compute Engine.

Crea un cluster GKE

1. Crea un cluster GKE denominato stateful-cluster:

   gcloud container clusters create-auto stateful-cluster --region COMPUTE_REGION
   

   Nota: il completamento di questo passaggio può richiedere fino a cinque minuti.

   Una volta creato il cluster, il risultato è simile al seguente:

     gcloud container clusters describe stateful-cluster
     NAME: stateful-cluster
     LOCATION: northamerica-northeast2
     MASTER_VERSION: 1.21.11-gke.1100
     MASTER_IP: 34.130.255.70
     MACHINE_TYPE: e2-medium
     NODE_VERSION: 1.21.11-gke.1100
     NUM_NODES: 3
     STATUS: RUNNING
   

   Dove STATUS è RUNNING per stateful-cluster.

Configura l'archiviazione di file gestiti con Filestore utilizzando CSI

GKE fornisce un modo per eseguire automaticamente il deployment e gestire il driver CSI Filestore Filestore nei tuoi cluster. L'utilizzo di Filestore CSI consente di creare o eliminare in modo dinamico le istanze Filestore e di utilizzarle nei carichi di lavoro Kubernetes con un StorageClass o Deployment.

Puoi creare una nuova istanza Filestore creando una PVC che esegue il provisioning dinamico di un'istanza Filestore e del PV oppure accedere alle istanze Filestore pre-provisionate nei carichi di lavoro Kubernetes.

Nota: per utilizzare il driver CSI Filestore, i cluster devono utilizzare GKE 1.21 o versioni successive.

Nuova istanza

Crea la classe di archiviazione

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: filestore-sc
provisioner: filestore.csi.storage.gke.io
volumeBindingMode: Immediate
allowVolumeExpansion: true
parameters:
  tier: standard
  network: default

• volumeBindingMode è impostato su Immediate, il che consente di avviare immediatamente il provisioning del volume.
• tier è impostato su standard per velocizzare la creazione dell'istanza Filestore. Se hai bisogno di una maggiore quantità di spazio di archiviazione NFS disponibile, di snapshot per il backup dei dati, di replica dei dati su più zone e di altre funzionalità a livello aziendale, imposta invece tier su enterprise. Nota: il criterio di rivendicazione per le visite proprietarie create dinamicamente è impostato su Delete per impostazione predefinita se reclaimPolicy in StorageClass non è impostato.

1. Crea la risorsa StorageClass:

   kubectl create -f filestore-storageclass.yaml
   

2. Verifica che la classe di archiviazione sia stata creata:

   kubectl get sc
   

   L'output è simile al seguente:

   NAME                     PROVISIONER                    RECLAIMPOLICY   VOLUMEBINDINGMODE      ALLOWVOLUMEEXPANSION   AGE
   filestore-sc             filestore.csi.storage.gke.io   Delete          Immediate              true                   94m
   

Istanza preprovisionata

Crea la classe di archiviazione

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: filestore-sc
provisioner: filestore.csi.storage.gke.io
volumeBindingMode: Immediate
allowVolumeExpansion: true

Se volumeBindingMode è impostato su Immediate, consente di iniziare immediatamente il provisioning del volume.

1. Crea la risorsa StorageClass:

     kubectl create -f preprov-storageclass.yaml
   

2. Verifica che la classe di archiviazione sia stata creata:

     kubectl get sc
   

   L'output è simile al seguente:

     NAME                     PROVISIONER                    RECLAIMPOLICY   VOLUMEBINDINGMODE      ALLOWVOLUMEEXPANSION   AGE
     filestore-sc             filestore.csi.storage.gke.io   Delete          Immediate              true                   94m
   

crea un volume permanente per l'istanza Filestore

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: fileserver
  annotations:
    pv.kubernetes.io/provisioned-by: filestore.csi.storage.gke.io
spec:
  storageClassName: filestore-sc
  capacity:
    storage: 1Ti
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  persistentVolumeReclaimPolicy: Delete
  volumeMode: Filesystem
  csi:
    driver: filestore.csi.storage.gke.io
    # Modify this to use the zone, filestore instance and share name.
    volumeHandle: "modeInstance/<FILESTORE_ZONE>/<INSTANCE_NAME>/<FILESTORE_SHARE_NAME>"
    volumeAttributes:
      ip: <IP_ADDRESS> # Modify this to Pre-provisioned Filestore instance IP
      volume: <FILESTORE_SHARE_NAME> # Modify this to Pre-provisioned Filestore instance share name

1. Verifica che l'istanza Filestore preesistente sia pronta:

     gcloud filestore instances list
   

   L'output è simile al seguente, dove il valore STATE è READY:

     INSTANCE_NAME: stateful-filestore
     LOCATION: us-central1-a
     TIER: ENTERPRISE
     CAPACITY_GB: 1024
     FILE_SHARE_NAME: statefulpath
     IP_ADDRESS: 10.109.38.98
     STATE: READY
     CREATE_TIME: 2022-04-05T18:58:28
   

   Prendi nota di INSTANCE_NAME, LOCATION, FILE_SHARE_NAME e IP_ADDRESS dell'istanza Filestore.

2. Compila le variabili di console dell'istanza Filestore:

     INSTANCE_NAME=INSTANCE_NAME
     LOCATION=LOCATION
     FILE_SHARE_NAME=FILE_SHARE_NAME
     IP_ADDRESS=IP_ADDRESS
   

3. Sostituisci le variabili segnaposto con le variabili della console ottenute sopra nel file preprov-pv.yaml:

     sed "s/<INSTANCE_NAME>/$INSTANCE_NAME/" preprov-pv.yaml > changed.yaml && mv changed.yaml preprov-pv.yaml
     sed "s/<LOCATION>/$LOCATION/" preprov-pv.yaml > changed.yaml && mv changed.yaml preprov-pv.yaml
     sed "s/<FILE_SHARE_NAME>/$FILE_SHARE_NAME/" preprov-pv.yaml > changed.yaml && mv changed.yaml preprov-pv.yaml
     sed "s/<IP_ADDRESS>/$IP_ADDRESS/" preprov-pv.yaml > changed.yaml && mv changed.yaml preprov-pv.yaml
   

4. Crea il PV

     kubectl apply -f preprov-pv.yaml
   

5. Verifica che il STATUS dell'oggetto PV sia impostato su Bound:

     kubectl get pv
   

   L'output è simile al seguente:

     NAME        CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS   CLAIM                STORAGECLASS    REASON   AGE
     fileserver  1Ti        RWX            Delete           Bound    default/fileserver   filestore-sc             46m
   

Usa un oggetto PersistentVolumeClaim per accedere al volume

Il seguente manifest pvc.yaml fa riferimento al file StorageClass del driver CSI Filestore denominato filestore-sc.

Per fare in modo che più pod siano in lettura e scrittura nel volume, accessMode è impostato su ReadWriteMany.

kind: PersistentVolumeClaim
apiVersion: v1
metadata:
  name: fileserver
spec:
  accessModes:
  - ReadWriteMany
  storageClassName: filestore-sc
  resources:
    requests:
      storage: 1Ti

1. Esegui il deployment della PVC:

   kubectl create -f pvc.yaml
   

2. Verifica che la PVC sia stata creata:

   kubectl get pvc
   

   L'output è simile al seguente:

   NAME         STATUS   VOLUME                                     CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS        AGE
   fileserver   Bound    pvc-aadc7546-78dd-4f12-a909-7f02aaedf0c3   1Ti        RWX            filestore-sc        92m
   

3. Verifica che l'istanza Filestore appena creata sia pronta:

   gcloud filestore instances list
   

   L'output è simile al seguente:

   INSTANCE_NAME: pvc-5bc55493-9e58-4ca5-8cd2-0739e0a7b68c
   LOCATION: northamerica-northeast2-a
   TIER: STANDARD
   CAPACITY_GB: 1024
   FILE_SHARE_NAME: vol1
   IP_ADDRESS: 10.29.174.90
   STATE: READY
   CREATE_TIME: 2022-06-24T18:29:19
   

Nota: la creazione dell'istanza Filestore può richiedere 5 minuti. Nell'attesa, vai al passaggio successivo.

Crea un pod del lettore e del writer

Crea il pod del lettore

Il pod del lettore leggerà il file che viene scritto dai pod degli writer. I pod del lettore vedranno a che ora e quale replica del pod dello scrittore ha scritto nel file.

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: reader
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: reader
  template:
    metadata:
      labels:
        app: reader
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:stable-alpine
        ports:
        - containerPort: 80
        volumeMounts:
        - name: fileserver
          mountPath: /usr/share/nginx/html # the shared directory 
          readOnly: true
      volumes:
      - name: fileserver
        persistentVolumeClaim:
          claimName: fileserver

Il pod del lettore leggerà dal percorso /usr/share/nginx/html, che è condiviso tra tutti i pod.

1. Esegui il deployment del pod del lettore:

   kubectl apply -f reader-fs.yaml
   

2. Verifica che le repliche del lettore siano in esecuzione con una query sull'elenco dei pod:

   kubectl get pods
   

   L'output è simile al seguente:

   NAME                      READY   STATUS    RESTARTS   AGE
   reader-66b8fff8fd-jb9p4   1/1     Running   0          3m30s
   

Nota: mentre il pod di lettori viene creato, vai al passaggio successivo.

Crea il pod del writer

Il pod dello writer scriverà periodicamente in un file condiviso a cui possono accedere altri pod dello strumento di scrittura e dei lettori. Il pod dello scrittore registra la sua presenza scrivendo il nome host nel file condiviso.

L'immagine utilizzata per il pod di scrittura è un'immagine personalizzata di Alpine Linux, utilizzata per utilità e applicazioni di produzione. Include una lo script indexInfo.html che otterrà i metadati dell'autore più recente, e il conteggio di tutti gli autori unici e le scritture totali.

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: writer
spec:
  replicas: 2 # start with 2 replicas
  selector:
    matchLabels:
      app: writer
  template:
    metadata:
      labels:
        app: writer
    spec:
      containers:
      - name: content
        image: us-docker.pkg.dev/google-samples/containers/gke/stateful-workload:latest
        volumeMounts:
        - name: fileserver
          mountPath: /html # the shared directory
        command: ["/bin/sh", "-c"]
        args:
        - cp /htmlTemp/indexInfo.html /html/index.html;
          while true; do
          echo "<b> Date :</b> <text>$(date)</text> <b> Writer :</b> <text2> ${HOSTNAME} </text2> <br>  " >> /html/indexData.html;
          sleep 30;  
          done
      volumes:
      - name: fileserver
        persistentVolumeClaim:
          claimName: fileserver

Per questo tutorial, il pod dello scrittore scrive ogni 30 secondi nel percorso /html/index.html. Modifica il numero di sleep per avere una diversa frequenza di scrittura.

1. Esegui il deployment del pod del writer:

   kubectl apply -f writer-fs.yaml
   

2. Verifica che i pod di scrittura siano in esecuzione con una query sull'elenco dei pod:

   kubectl get pods
   

   L'output è simile al seguente:

   NAME                      READY   STATUS    RESTARTS   AGE
   reader-66b8fff8fd-jb9p4   1/1     Running   0          3m30s
   writer-855565fbc6-8gh2k   1/1     Running   0          2m31s
   writer-855565fbc6-lls4r   1/1     Running   0          2m31s
   

   Nota: la creazione del pod potrebbe richiedere fino a cinque minuti.

Esponi il carico di lavoro del lettore a un bilanciatore del carico del servizio e accedi

Per esporre un carico di lavoro all'esterno del cluster, crea un servizio di tipo LoadBalancer. Questo tipo di servizio crea un bilanciatore del carico esterno con un indirizzo IP raggiungibile tramite internet.

1. Crea un servizio di tipo LoadBalancer denominato reader-lb:

   kubectl create -f loadbalancer.yaml
   

2. Monitora il deployment per verificare che GKE assegni un EXTERNAL-IP per il servizio reader-lb:

   kubectl get svc --watch
   

   Quando Service è pronto, la colonna EXTERNAL-IP mostra l'indirizzo IP pubblico del bilanciatore del carico:

     NAME         TYPE           CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP     PORT(S)        AGE
     kubernetes   ClusterIP      10.8.128.1    <none>          443/TCP        2d21h
     reader-lb    LoadBalancer   10.8.131.79   34.71.232.122   80:32672/TCP   2d20h
   

3. Premi Ctrl+C per terminare la procedura di visualizzazione.

4. Utilizza un browser web per accedere all'EXTERNAL-IP assegnato al bilanciatore del carico. La pagina viene aggiornata ogni 30 secondi. Più sono i pod di autori e più breve è la frequenza, più voci verranno visualizzate.

Per ulteriori dettagli sul servizio di bilanciamento del carico, consulta loadbalancer.yaml.

Fai lo scale up del writer

Poiché l'oggetto PV accessMode è stato impostato su ReadWriteMany, GKE può fare lo scale up del numero di pod in modo che più pod writer possano scrivere in questo volume condiviso (oppure più lettori possono leggere per leggerli).

1. Esegui lo scale up di writer a cinque repliche:

   kubectl scale deployment writer --replicas=5
   

   L'output è simile al seguente:

   deployment.extensions/writer scaled
   

   Nota: la scalabilità potrebbe richiedere alcuni minuti mentre il cluster alloca più risorse.

2. Verifica il numero di repliche in esecuzione:

   kubectl get pods
   

   L'output è simile al seguente:

   NAME                      READY   STATUS    RESTARTS   AGE
   reader-66b8fff8fd-jb9p4   1/1     Running   0          11m
   writer-855565fbc6-8dfkj   1/1     Running   0          4m
   writer-855565fbc6-8gh2k   1/1     Running   0          10m
   writer-855565fbc6-gv5rs   1/1     Running   0          4m
   writer-855565fbc6-lls4r   1/1     Running   0          10m
   writer-855565fbc6-tqwxc   1/1     Running   0          4m
   

3. Utilizza un browser web per accedere di nuovo al EXTERNAL-IP assegnato al bilanciatore del carico.

A questo punto, hai configurato e scalato il cluster per supportare cinque pod writer con stato. Dove più pod writer scrivono nello stesso file contemporaneamente. È anche possibile fare facilmente lo scale up dei pod dei lettori.

(Facoltativo) Accedi ai dati dal pod di autori

Questa sezione illustra come utilizzare un'interfaccia a riga di comando per accedere a un pod del lettore o dello scrittore. Puoi vedere il componente condiviso su cui sta scrivendo lo scrittore e da cui sta leggendo il lettore.

1. Ottieni il nome del pod del writer:

   kubectl get pods
   

   L'output è simile al seguente:

   NAME                      READY   STATUS    RESTARTS   AGE
   writer-5465d65b46-7hxv4   1/1     Running   0          20d
   

   Prendi nota del nome host di un pod del writer (esempio: writer-5465d65b46-7hxv4).

2. Esegui questo comando per accedere al pod del writer:

   kubectl exec -it WRITER_HOSTNAME -- /bin/sh
   

3. Visualizza il componente condiviso nel file indexData.html:

   cd /html
   cat indexData.html
   

4. Cancella il file indexData.html:

   echo '' > indexData.html
   

   Aggiorna il browser web che ospita l'indirizzo EXTERNAL-IP per vedere la modifica.

5. Esci dall'ambiente:

   exit
   

Esegui la pulizia

Per evitare che al tuo account Google Cloud vengano addebitati costi relativi alle risorse utilizzate in questo tutorial, elimina il progetto che contiene le risorse oppure mantieni il progetto ed elimina le singole risorse.

Elimina il progetto

Attenzione: l'eliminazione di un progetto ha i seguenti effetti:
• L'intero contenuto del progetto viene eliminato. Se hai utilizzato un progetto esistente per le attività descritte in questo documento, quando lo elimini elimini anche tutto il lavoro svolto nel progetto.
• Gli ID progetto personalizzati non sono più disponibili. Quando hai creato questo progetto, potresti aver creato un ID progetto personalizzato che vuoi utilizzare in futuro. Per conservare gli URL che utilizzano l'ID progetto, ad esempio un appspot.com URL, elimina le risorse selezionate all'interno del progetto anziché eliminare l'intero progetto.
1. In the Google Cloud console, go to the Manage resources page.

   Go to Manage resources

2. In the project list, select the project that you want to delete, and then click Delete.
3. In the dialog, type the project ID, and then click Shut down to delete the project.

Elimina le singole risorse

1. Elimina il servizio bilanciatore del carico:

   kubectl delete service reader-lb
   

   Attendi che il bilanciatore del carico di cui è stato eseguito il provisioning per il servizio per il lettore venga eliminato

2. Verifica che l'elenco restituisca Listed 0 items:

   gcloud compute forwarding-rules list
   

3. Elimina i deployment

   kubectl delete deployment writer
   kubectl delete deployment reader
   

4. Verifica che i pod vengano eliminati e che venga restituito No resources found in default namespace.

   kubectl get pods
   

5. Elimina la PVC. Verranno eliminati anche il PV e l'istanza Filestore per via del criterio di conservazione impostato su delete

   kubectl delete pvc fileserver
   

6. Elimina il cluster GKE:

   gcloud container clusters delete stateful-cluster --zone=COMPUTE_ZONE
   

   Verranno eliminate le risorse che compongono il cluster GKE, inclusi i pod di lettore e writer.

Passaggi successivi

• Scopri come eseguire il deployment di Cloud SQL con GKE
• Modalità di accesso per PV e PVC
• Scopri di più su GKE e Filestore
• Scopri di più sul driver CSI Filestore
• Come creare un'istanza Filestore
• Scopri come accedere alle istanze Filestore dai cluster GKE
• Esplora altri tutorial su Kubernetes Engine.
• Scopri di più sull'esposizione delle app mediante i servizi in GKE Esposizione delle applicazioni mediante servizi