Zustandsorientierte Arbeitslast mit Filestore bereitstellen


In dieser Anleitung wird gezeigt, wie eine einfache zustandsorientierte Lese-/Schreib-Arbeitslast mit einem Nichtflüchtigen Volume (PV) und einem Anspruch auf nichtflüchtiges Volume (PVC) auf der Google Kubernetes Engine (GKE) bereitgestellt wird. In dieser Anleitung erfahren Sie, wie Sie mit Filestore, dem verwalteten Netzwerkdateisystem von Google Cloud, Skalierbarkeit gewährleisten können.

Hintergrund

Pods sind standardmäßig sitzungsspezifisch. Das bedeutet, dass GKE den Status und den Wert eines Pods löscht, wenn er gelöscht, entfernt oder neu geplant wird.

Als Anwendungsoperator möchten Sie möglicherweise zustandsorientierte Arbeitslasten verwalten. Beispiele für solche Arbeitslasten sind Anwendungen, die WordPress-Artikel verarbeiten, Nachrichtenanwendungen und Anwendungen, die maschinelles Lernen verarbeiten.

Mit Filestore in GKE können Sie die folgenden Vorgänge ausführen:

  • Skalierbare zustandsorientierte Arbeitslasten bereitstellen
  • Aktivieren Sie mehrere Pods, die ReadWriteMany als accessMode haben, sodass mehrere Pods gleichzeitig in denselben Speicher lesen und schreiben können.
  • Richten Sie GKE so ein, dass Volumes gleichzeitig in mehreren Pods bereitgestellt werden.
  • Nichtflüchtiger Speicher, wenn Pods entfernt werden
  • Mit Pods Daten freigeben und einfach skalieren

Ziele

Diese Anleitung richtet sich an Anwendungsoperatoren und andere Nutzer, die eine skalierbare zustandsorientierte Arbeitslast in GKE mit PVC und NFS einrichten möchten.

Diagramm: Zustandsorientierte Arbeitslast-GKE

Diese Anleitung umfasst die folgenden Schritte:

  1. einen GKE-Cluster installieren
  2. Konfigurieren Sie den verwalteten Dateispeicher mit Filestore mithilfe von CSI.
  3. Leser- und Autor-Pod erstellen
  4. Den Leser-Pod für einen Dienst-Load-Balancer verfügbar machen und darauf zugreifen.
  5. Skalieren Sie den Autor hoch.
  6. Greifen Sie auf Daten vom Schreib-Pod zu.

Kosten

In dieser Anleitung werden die folgenden kostenpflichtigen Komponenten von Google Cloud verwendet:

Mit unserem Preisrechner können Sie eine Kostenschätzung für Ihre voraussichtliche Nutzung erstellen.

Nach Abschluss dieser Anleitung können Sie weitere Kosten durch Löschen von erstellten Ressourcen vermeiden. Weitere Informationen finden Sie unter Bereinigen.


Klicken Sie auf Anleitung, um eine detaillierte Anleitung für diese Aufgabe direkt in der Google Cloud Console aufzurufen.

Anleitung


Hinweis

Projekt einrichten

  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.

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  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.

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

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

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Standardeinstellungen für die Google Cloud CLI festlegen

  1. Starten Sie in der Google Cloud Console eine Cloud Shell-Instanz:
    Cloud Shell öffnen

  2. Laden Sie den Quellcode für diese Beispielanwendung herunter:

    git clone https://github.com/GoogleCloudPlatform/kubernetes-engine-samples
    cd kubernetes-engine-samples/databases/stateful-workload-filestore
    
  3. Legen Sie die Standardumgebungsvariablen fest:

    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
    

    Ersetzen Sie die folgenden Werte:

GKE-Cluster erstellen

  1. Erstellen Sie einen GKE-Cluster mit dem Namen stateful-cluster:

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

    Das Ergebnis sieht nach der Erstellung des Clusters in etwa so aus:

      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
    

    Dabei ist STATUS gleich RUNNING für den stateful-cluster.

Verwalteten Dateispeicher mit Filestore mithilfe von CSI konfigurieren

GKE bietet eine Möglichkeit, den CSI-Treiber von Kubernetes Filestore automatisch in Ihren Clustern bereitzustellen und zu verwalten. Mit Filestore CSI können Sie Filestore-Instanzen dynamisch erstellen oder löschen und in Kubernetes-Arbeitslasten mit einem StorageClass oder Deployment verwenden.

Sie können eine neue Filestore-Instanz erstellen. Erstellen Sie dazu eine PVC, die eine Filestore-Instanz und das PV dynamisch bereitstellt, oder greifen Sie auf vorbereitete Filestore-Instanzen in Kubernetes-Workloads zu.

Neue Instanz

Speicherklasse erstellen

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 ist auf Immediate gesetzt, wodurch die Bereitstellung des Volumes sofort beginnen kann.
  • tier ist auf standard gesetzt, um die Erstellungszeit von Filestore-Instanzen zu verkürzen. Wenn Sie einen höheren NFS-Speicher, Snapshots für die Datensicherung, Datenreplikation über mehrere Zonen und andere Features auf Unternehmensebene benötigen, legen Sie tier auf enterprise fest. Hinweis: Die Rückforderungsrichtlinie für dynamisch erstelltes PV wird standardmäßig auf Delete gesetzt, wenn reclaimPolicy in StorageClass nicht festgelegt ist.
  1. Erstellen Sie die Ressource StorageClass:

    kubectl create -f filestore-storageclass.yaml
    
  2. Prüfen Sie, ob die Speicherklasse erstellt wurde:

    kubectl get sc
    

    Die Ausgabe sieht etwa so aus:

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

Vorab bereitgestellte Instanz

Speicherklasse erstellen

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

Wenn volumeBindingMode auf Immediate gesetzt ist, kann die Bereitstellung des Volumes sofort beginnen.

  1. Erstellen Sie die Ressource StorageClass:

      kubectl create -f preprov-storageclass.yaml
    
  2. Prüfen Sie, ob die Speicherklasse erstellt wurde:

      kubectl get sc
    

    Die Ausgabe sieht etwa so aus:

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

Nichtflüchtiges Volume für die Filestore-Instanz erstellen

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. Prüfen Sie, ob die vorhandene Filestore-Instanz bereit ist:

      gcloud filestore instances list
    

    Die Ausgabe sieht in etwa so aus, wobei der Wert STATE READY ist:

      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
    

    Notieren Sie sich INSTANCE_NAME, LOCATION, FILE_SHARE_NAME und IP_ADDRESS der Filestore-Instanz.

  2. Füllen Sie die Variablen der Filestore-Instanzkonsole aus:

      INSTANCE_NAME=INSTANCE_NAME
      LOCATION=LOCATION
      FILE_SHARE_NAME=FILE_SHARE_NAME
      IP_ADDRESS=IP_ADDRESS
    
  3. Ersetzen Sie die Platzhaltervariablen durch die oben abgerufenen Konsolenvariablen in der Datei 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. PV erstellen

      kubectl apply -f preprov-pv.yaml
    
  5. Prüfen Sie, ob der STATUS des PV auf Bound gesetzt ist:

      kubectl get pv
    

    Die Ausgabe sieht etwa so aus:

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

Mit einem PersistentVolumeClaim auf das Volume zugreifen

Das folgende pvc.yaml-Manifest verweist auf die StorageClass des Filestore-CSI-Treibers mit dem Namen filestore-sc.

Damit mehrere Pods Lese- und Schreibvorgänge im Volume ausführen, ist accessMode auf ReadWriteMany gesetzt.

kind: PersistentVolumeClaim
apiVersion: v1
metadata:
  name: fileserver
spec:
  accessModes:
  - ReadWriteMany
  storageClassName: filestore-sc
  resources:
    requests:
      storage: 1Ti
  1. Stellen Sie das PVC bereit:

    kubectl create -f pvc.yaml
    
  2. Prüfen Sie, ob das PVC erstellt wurde:

    kubectl get pvc
    

    Die Ausgabe sieht etwa so aus:

    NAME         STATUS   VOLUME                                     CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS        AGE
    fileserver   Bound    pvc-aadc7546-78dd-4f12-a909-7f02aaedf0c3   1Ti        RWX            filestore-sc        92m
    
  3. Prüfen Sie, ob die neu erstellte Filestore-Instanz bereit ist:

    gcloud filestore instances list
    

    Die Ausgabe sieht etwa so aus:

    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
    

Leser- und Autor-Pod erstellen

Reader-Pod erstellen

Der Reader-Pod liest die Datei, die von den Writer-Pods geschrieben wird. Die Reader-Pods sehen, wann und welches Autor-Pod-Replikat in die Datei geschrieben hat.

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

Der Reader-Pod liest aus dem Pfad /usr/share/nginx/html, der von allen Pods gemeinsam genutzt wird.

  1. Stellen Sie den Reader-Pod bereit:

    kubectl apply -f reader-fs.yaml
    
  2. Prüfen Sie, ob die Lesereplikate ausgeführt werden. Fragen Sie dazu die Liste der Pods ab:

    kubectl get pods
    

    Die Ausgabe sieht etwa so aus:

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

Schreib-Pod erstellen

Der Schreib-Pod schreibt regelmäßig in eine freigegebene Datei, auf die andere Autor- und Leser-Pods zugreifen können. Der Schreib-Pod zeichnet seinen Präsenz dadurch auf, dass er seinen Hostnamen in die freigegebene Datei schreibt.

Das für den Schreib-Pod verwendete Image ist ein benutzerdefiniertes Image von Alpine Linux, das für Dienstprogramme und Produktionsanwendungen verwendet wird. Es enthält ein Skript indexInfo.html, das die Metadaten des neuesten Autors abruft und die Anzahl aller eindeutigen Autoren und Schreibvorgänge insgesamt ermittelt.

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

In dieser Anleitung schreibt der Schreib-Pod alle 30 Sekunden in den Pfad /html/index.html. Ändern Sie den Zahlenwert sleep, um eine andere Schreibhäufigkeit zu erhalten.

  1. Stellen Sie den Schreib-Pod bereit:

    kubectl apply -f writer-fs.yaml
    
  2. Prüfen Sie, ob die Schreib-Pods ausgeführt werden. Fragen Sie dazu die Liste der Pods ab:

    kubectl get pods
    

    Die Ausgabe sieht etwa so aus:

    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
    

Lese-Arbeitslast für einen Dienst-Load-Balancer verfügbar machen und darauf zugreifen

Erstellen Sie einen Dienst vom Typ LoadBalancer, um eine Arbeitslast außerhalb des Clusters verfügbar zu machen. Dieser Diensttyp erstellt einen externen Load-Balancer mit einer IP-Adresse, die über das Internet erreichbar ist.

  1. Erstellen Sie einen Dienst vom Typ LoadBalancer mit dem Namen reader-lb:

    kubectl create -f loadbalancer.yaml
    
  2. Beobachten Sie die Bereitstellung, damit Sie sehen, dass GKE einen EXTERNAL-IP für den reader-lb-Dienst zuweist:

    kubectl get svc --watch
    

    Wenn Service bereit ist, wird in der Spalte EXTERNAL-IP die öffentliche IP-Adresse des Load-Balancers angezeigt:

      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. Drücken Sie Strg+C, um den Überwachungsvorgang zu beenden.

  4. Verwenden Sie einen Webbrowser, um zur EXTERNAL-IP zu wechseln, die dem Load-Balancer zugewiesen ist. Die Seite wird alle 30 Sekunden aktualisiert. Je mehr Schreib-Pods und je kürzer die Häufigkeit, desto mehr Einträge werden angezeigt.

Weitere Informationen zum Load-Balancer-Dienst finden Sie unter loadbalancer.yaml.

Autor hochskalieren

Da das PV accessMode auf ReadWriteMany gesetzt wurde, kann GKE die Anzahl der Pods erhöhen, sodass mehr Schreib-Pods auf dieses gemeinsame Volume schreiben können (oder mehr Leser es lesen können).

  1. Skalieren Sie writer auf fünf Replikate hoch:

    kubectl scale deployment writer --replicas=5
    

    Die Ausgabe sieht etwa so aus:

    deployment.extensions/writer scaled
    
  2. Prüfen Sie die Anzahl der ausgeführten Replikate:

    kubectl get pods
    

    Die Ausgabe sieht etwa so aus:

    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. Verwenden Sie einen Webbrowser, um noch einmal die EXTERNAL-IP aufzurufen, die dem Load-Balancer zugewiesen ist.

Jetzt haben Sie den Cluster so konfiguriert und skaliert, dass er fünf zustandsorientierte Schreib-Pods unterstützt. Wobei mehrere Schreib-Pods gleichzeitig in dieselbe Datei schreiben. Die Leser-Pods lassen sich auch einfach hochskalieren.

Optional: Zugriff auf Daten vom Autor-Pod

In diesem Abschnitt wird gezeigt, wie Sie über eine Befehlszeile auf einen Reader oder einen Schreib-Pod zugreifen. Sie können die gemeinsame Komponente sehen, in die der Autor schreibt und aus der der Leser liest.

  1. Rufen Sie den Namen des Schreib-Pods ab:

    kubectl get pods
    

    Die Ausgabe sieht etwa so aus:

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

    Notieren Sie den Hostnamen eines Schreib-Pods (Beispiel: writer-5465d65b46-7hxv4).

  2. Führen Sie den folgenden Befehl aus, um auf den Schreib-Pod zuzugreifen:

    kubectl exec -it WRITER_HOSTNAME -- /bin/sh
    
  3. Sehen Sie sich die freigegebene Komponente in der Datei indexData.html an:

    cd /html
    cat indexData.html
    
  4. Löschen Sie die Datei indexData.html:

    echo '' > indexData.html
    

    Aktualisieren Sie den Webbrowser, in dem die Adresse EXTERNAL-IP gehostet wird, damit die Änderung angezeigt wird.

  5. Beenden Sie die Umgebung:

    exit
    

Bereinigen

Damit Ihrem Google Cloud-Konto die in dieser Anleitung verwendeten Ressourcen nicht in Rechnung gestellt werden, löschen Sie entweder das Projekt, das die Ressourcen enthält, oder Sie behalten das Projekt und löschen die einzelnen Ressourcen.

Projekt löschen

  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.

Einzelne Ressourcen löschen

  1. Löschen Sie den Load-Balancer-Dienst:

    kubectl delete service reader-lb
    

    Warten Sie, bis der für den Lesedienst bereitgestellte Load-Balancer gelöscht wurde.

  2. Prüfen Sie, ob die Liste Listed 0 items zurückgibt:

    gcloud compute forwarding-rules list
    
  3. Löschen Sie die Bereitstellungen

    kubectl delete deployment writer
    kubectl delete deployment reader
    
  4. Prüfen Sie, ob die Pods gelöscht wurden und No resources found in default namespace. zurückgeben.

    kubectl get pods
    
  5. Löschen Sie den PVC. Dadurch werden auch das PV und die Filestore-Instanz aufgrund der auf delete festgelegten Aufbewahrungsrichtlinie gelöscht.

    kubectl delete pvc fileserver
    
  6. Löschen Sie den GKE-Cluster:

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

    Dadurch werden die Ressourcen des GKE-Clusters gelöscht, einschließlich der Leser- und Schreib-Pods.

Nächste Schritte