使用 Redis 和 PHP 建立多層級網頁應用程式

自動駕駛 標準

本教學課程將示範如何使用 Google Kubernetes Engine (GKE) 建構多層網頁應用程式。

在本教學課程中，執行下列操作：

• 設定具備外部 IP 位址和負載平衡器的網頁應用程式。
• 建立具有單一主要 (領導者) 和多個Redis 叢集副本 (追隨者)。

這個範例說明下列 Kubernetes 概念：

• 宣告式設定 使用 YAML 資訊清單檔案
• 部署作業：Kubernetes 資源，可決定一組複製 Pod 的設定
• 服務：為一組 Pod 建立內部和外部負載平衡器

目標

如要在 GKE 上部署及執行應用程式，請按照下列步驟操作：

1. 設定 Redis 領導者
2. 設定兩個 Redis follower
3. 設定網頁前端
4. 造訪網站
5. 擴充網頁前端

下圖概略說明您完成這些目標後建立的叢集架構：

費用

在本文件中，您會使用下列 Google Cloud的計費元件：

• GKE

如要根據預測用量估算費用，請使用 Pricing Calculator。

初次使用 Google Cloud 的使用者可能符合免費試用期資格。

完成本文所述工作後，您可以刪除建立的資源，避免繼續計費，詳情請參閱「清除所用資源」。

事前準備

Cloud Shell 已預先安裝本教學課程所需的軟體，包括 kubectl 和 gcloud CLI。如果未使用 Cloud Shell，請務必安裝 gcloud CLI。

登入 Google Cloud 帳戶。如果您是 Google Cloud新手，歡迎 建立帳戶，親自評估產品在實際工作環境中的成效。新客戶還能獲得價值 $300 美元的免費抵免額，可用於執行、測試及部署工作負載。

安裝 Google Cloud CLI。

注意：如果您先前已安裝 gcloud CLI，請執行 gcloud components update，確認您使用的是最新版本。

若您採用的是外部識別資訊提供者 (IdP)，請先 使用聯合身分登入 gcloud CLI。

執行下列指令，初始化 gcloud CLI：

gcloud init

建立或選取 Google Cloud 專案。

選取或建立專案所需的角色

• 選取專案：選取專案時，不需要具備特定 IAM 角色，只要您在專案中獲派角色，即可選取該專案。
• 建立專案：如要建立專案，您需要「專案建立者」角色 (roles/resourcemanager.projectCreator)，其中包含 resourcemanager.projects.create 權限。瞭解如何授予角色。

注意：如果您不打算保留在這項程序中建立的資源，請建立新專案，而不要選取現有專案。因此您在完成這些步驟之後，就可以刪除專案，並移除與該專案相關聯的所有資源。

• 建立 Google Cloud 專案：

  gcloud projects create PROJECT_ID

  將 PROJECT_ID 替換為您要建立的 Google Cloud 專案名稱。

• 選取您建立的 Google Cloud 專案：

  gcloud config set project PROJECT_ID

  將 PROJECT_ID 替換為 Google Cloud 專案名稱。

確認專案已啟用計費功能 Google Cloud 。

如果尚未啟用，請啟用 GKE API：

啟用 API 時所需的角色

如要啟用 API，您必須具備 serviceusage.services.enable 權限。如果您建立了專案，可能已透過「擁有者」角色 (roles/owner) 取得這項權限。否則，您可以透過「服務使用情形管理員」角色 (roles/serviceusage.serviceUsageAdmin) 取得這項權限。瞭解如何授予角色。

gcloud services enable container.googleapis.com

安裝 Google Cloud CLI。

注意：如果您先前已安裝 gcloud CLI，請執行 gcloud components update，確認您使用的是最新版本。

若您採用的是外部識別資訊提供者 (IdP)，請先 使用聯合身分登入 gcloud CLI。

執行下列指令，初始化 gcloud CLI：

gcloud init

建立或選取 Google Cloud 專案。

選取或建立專案所需的角色

• 選取專案：選取專案時，不需要具備特定 IAM 角色，只要您在專案中獲派角色，即可選取該專案。
• 建立專案：如要建立專案，您需要「專案建立者」角色 (roles/resourcemanager.projectCreator)，其中包含 resourcemanager.projects.create 權限。瞭解如何授予角色。

注意：如果您不打算保留在這項程序中建立的資源，請建立新專案，而不要選取現有專案。因此您在完成這些步驟之後，就可以刪除專案，並移除與該專案相關聯的所有資源。

• 建立 Google Cloud 專案：

  gcloud projects create PROJECT_ID

  將 PROJECT_ID 替換為您要建立的 Google Cloud 專案名稱。

• 選取您建立的 Google Cloud 專案：

  gcloud config set project PROJECT_ID

  將 PROJECT_ID 替換為 Google Cloud 專案名稱。

確認專案已啟用計費功能 Google Cloud 。

如果尚未啟用，請啟用 GKE API：

啟用 API 時所需的角色

如要啟用 API，您必須具備 serviceusage.services.enable 權限。如果您建立了專案，可能已透過「擁有者」角色 (roles/owner) 取得這項權限。否則，您可以透過「服務使用情形管理員」角色 (roles/serviceusage.serviceUsageAdmin) 取得這項權限。瞭解如何授予角色。

gcloud services enable container.googleapis.com

準備環境

如要設定環境，請按照下列步驟操作：

1. 設定環境變數：

   export PROJECT_ID=PROJECT_ID
   export COMPUTE_LOCATION=COMPUTE_LOCATION
   

   更改下列內容：

   • PROJECT_ID：您的 Google Cloud 專案 ID
   • COMPUTE_LOCATION：Compute Engine 位置，例如 us-central1。

2. 複製 GitHub 存放區：

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

3. 變更為目前使用的目錄：

   cd kubernetes-engine-samples/quickstarts/guestbook/
   

建立 GKE 叢集

建立 Autopilot 或 Standard GKE 叢集：

Autopilot

gcloud container clusters create-auto guestbook \
    --location=${COMPUTE_LOCATION} \

標準

gcloud container clusters create guestbook \
    --location=${COMPUTE_LOCATION} \
    --num-nodes=4

連線至叢集

設定 kubectl 與叢集通訊：

gcloud container clusters get-credentials guestbook \
    --location=${COMPUTE_LOCATION}

設定 Redis 領導者

應用程式會使用 Redis 儲存資料。應用程式會將資料寫入 Redis 領導者執行個體，並從多個 Redis follower 執行個體讀取資料。

1. 下列資訊清單說明 Kubernetes Deployment，該 Deployment 會執行單一副本的 Redis 領導者 Pod：

   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

   將資訊清單套用至叢集：

   kubectl apply -f redis-leader-deployment.yaml
   

2. 確認 Redis 領導者 Pod 是否正在運作：

   kubectl get pods
   

   輸出結果會與下列內容相似：

   NAME                           READY     STATUS    RESTARTS   AGE
   redis-leader-343230949-qfvrq   1/1       Running   0          43s
   

   STATUS 可能需要幾分鐘的時間，才能從 Pending 變更為 Running。

建立 Redis 領導者服務

網頁應用程式需要與 Redis 領導者通訊，才能寫入資料。您可以建立 Service，將流量 Proxy 至 Redis 領導者 Pod。

Service 是 Kubernetes 的抽象層，用於定義邏輯上的一組 Pod 和這些 Pod 依據的存取政策。建立 Service 時，請根據 Pod 標籤說明要將哪些 Pod 設為 Proxy。

1. 以下資訊清單說明 Redis 領導者的服務：

   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

   這個資訊清單包含一組標籤選取器。這些標籤與上一個步驟中部署的標籤組相符。因此，這項服務會將網路流量路由至先前步驟中建立的 Redis 領導者 Pod。

   資訊清單的 ports 區段會宣告單一通訊埠對應。Service 會將 port: 6379 上的流量轉送至符合指定 selector 標籤的容器 targetPort: 6379。部署作業中使用的 containerPort 必須與 targetPort 相符，才能將流量導向部署作業。

   將資訊清單套用至叢集：

   kubectl apply -f redis-leader-service.yaml
   

2. 確認 GKE 是否已建立服務：

   kubectl get service
   

   輸出結果會與下列內容相似：

   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
   

設定 Redis follower

雖然 Redis 領導者是單一 Pod，但您可以新增幾個 Redis 追隨者或副本，提高可用性並滿足流量需求。

1. 下列資訊清單說明 Redis follower Pod 的 Deployment：

   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

2. 將資訊清單套用至叢集：

   kubectl apply -f redis-follower-deployment.yaml
   

3. 確認兩個 Redis 追隨者副本正在執行：

   kubectl get pods
   

   輸出結果會與下列內容相似：

   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 可能需要幾分鐘的時間，才能從 Pending 變更為 Running。

建立 Redis follower 服務

網頁應用程式必須與 Redis 追隨者通訊，才能讀取資料。如要讓 Redis 追隨者可供探索，您必須設定服務。

1. 以下資訊清單說明 Redis follower 的 Service：

   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

   這個資訊清單會指定 Service 在通訊埠 6379 上執行。Service 的 selector 欄位與上一步建立的 Redis follower Pod 相符。

   將資訊清單套用至叢集：

   kubectl apply -f redis-follower-service.yaml
   

2. 確認 GKE 是否已建立 Service：

   kubectl get service
   

   輸出結果會與下列內容相似：

   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
   

設定應用程式網頁前端

現在您已為應用程式準備好 Redis 儲存空間，請啟動網路伺服器。 與 Redis 追隨者一樣，前端是使用 Kubernetes Deployment 部署。

網頁應用程式使用 PHP 前端，並根據要求是讀取還是寫入，設定與 Redis follower 或 leader 服務通訊。前端會公開 JSON 介面，並提供以 jQuery Ajax 為基礎的 UI。

1. 下列資訊清單說明網路伺服器的 Deployment：

   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

   資訊清單檔案會指定環境變數 GET_HOSTS_FROM=dns。 將設定提供給網頁前端應用程式時，前端應用程式會使用主機名稱 redis-follower 和 redis-leader 執行 DNS 查詢。DNS 查詢會找出您在上一個步驟中建立的服務 IP 位址。這個概念稱為 DNS 服務探索。

   將資訊清單套用至叢集：

   kubectl apply -f frontend-deployment.yaml
   

2. 確認備用資源正在執行：

   kubectl get pods -l app=guestbook -l tier=frontend
   

   輸出結果會與下列內容相似：

   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
   

在外部 IP 位址公開前端

在目前的設定中，您在上一個步驟建立的 redis-follower 和 redis-leader 服務只能在 GKE 叢集內存取，因為服務的預設類型為 ClusterIP。

ClusterIP Service 會為 Service 指向的 Pod 集提供單一 IP 位址。這個 IP 位址只能在叢集中存取。

如要讓外部存取網頁前端服務，您可以視需求在服務設定中指定 type: LoadBalancer 或 type: NodePort。

下列資訊清單說明 LoadBalancer 類型的 Service：

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」部分下的連接埠宣告會指定「port: 80」，但未指定「targetPort」。如果省略 targetPort 屬性，系統會預設為 port 欄位的值。在本例中，這項 Service 會將通訊埠 80 的外部流量，轉送至 frontend Deployment 中容器的通訊埠 80。

將資訊清單套用至叢集：

kubectl apply -f frontend-service.yaml

建立 frontend Service 時，GKE 會建立負載平衡器和外部 IP 位址。這些資源會產生費用。

前往應用程式網站

如要存取應用程式網站，請取得 frontend 服務的外部 IP 位址：

kubectl get service frontend

輸出結果會與下列內容相似：

NAME       CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP        PORT(S)        AGE
frontend   10.51.242.136   109.197.92.229     80:32372/TCP   1m

建立負載平衡器時，「EXTERNAL-IP」欄可能會顯示 <pending>。這可能需要幾分鐘的時間。如果看到 Does not have minimum availability 等錯誤訊息，請稍候幾分鐘。GKE 會重新建立節點來進行變更，因此發生這個暫時性錯誤。

複製 IP 位址，然後在瀏覽器中開啟該頁面：

請嘗試輸入訊息，然後按一下「提交」，新增一些項目。您輸入的訊息會顯示在前端。這則訊息表示資料已透過您建立的服務成功新增至 Redis。

擴充網頁前端

假設您的應用程式已執行一段時間，突然爆紅。您認為在前端新增更多網路伺服器會是個不錯的主意。方法是增加 Pod 數量。

1. 向上擴充 frontend Pod 數量：

   kubectl scale deployment frontend --replicas=5
   

   輸出結果會與下列內容相似：

   deployment.extensions/frontend scaled
   

2. 確認正在執行的副本數量：

   kubectl get pods
   

   輸出結果會與下列內容相似：

   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
   

   您可以使用同一個指令縮減 frontend Pod 數量，只要將 5 換成 1 即可。

清除所用資源

為避免因為本教學課程所用資源，導致系統向 Google Cloud 收取費用，請刪除含有相關資源的專案，或者保留專案但刪除個別資源。

刪除專案

注意：刪除專案會造成以下結果：

• 專案中的所有內容都會遭到刪除。如果使用現有專案來進行本文中的任務，刪除專案將一併移除當中已完成的其他任務'。
• 自訂專案 ID 會消失。當您之前建立這個專案時，可能建立了想要在日後使用的自訂專案 ID。如要保留使用該專案 ID 的網址 (例如 appspot.com 網址)，請刪除在該專案中選取的資源，而不是刪除整個專案。

如果打算探索多種架構、教學課程或快速入門導覽課程，重複使用專案可避免超出專案配額限制。

刪除 Google Cloud 專案：

gcloud projects delete PROJECT_ID

刪除個別資源

如果您使用現有專案，但不想刪除專案，請刪除個別資源。

1. 刪除 frontend 服務：

   kubectl delete service frontend
   

2. 刪除 GKE 叢集：

   gcloud container clusters delete guestbook
   

後續步驟

• 瞭解如何設定水平自動調度 Pod 資源。
• 瞭解如何使用 Persistent Disk 和 Cloud SQL 在 GKE 中部署 WordPress。
• 瞭解如何使用靜態 IP 位址設定網域名稱。
• 探索其他 Kubernetes Engine 教學課程。