将 Docker 容器化 Web 应用部署到 GKE

本教程介绍如何在 Google Kubernetes Engine (GKE) 集群上部署容器化 Web 应用。

本页面适用于预配和配置云资源以及部署应用和服务的运维人员和开发者。如需详细了解我们在 Google Cloud内容中提及的常见角色和示例任务，请参阅常见的 GKE 用户角色和任务。

在阅读本页面内容之前，请确保您熟悉 Kubernetes。

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。在本快速入门中，您需要创建一个名为 hello-repo 的代码库。

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：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 hello-app Docker 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/quickstarts/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级主机 Artifact Registry。
   注意：如果系统提示，请授权 Cloud Shell 进行 Google CloudAPI 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。

4. 向您的服务账号添加 IAM 政策绑定：

   gcloud artifacts repositories add-iam-policy-binding hello-repo \
       --location=REGION \
       --member=serviceAccount:[e-mail] \
       --role="roles/artifactregistry.reader"
   

   将 PROJECT_NUMBER 替换为您的项目编号。

（可选）在本地运行 Docker 容器

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. 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。

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存在凭据帮助程序的长列表的警告。

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. 设置您的 Compute Engine 区域：

    gcloud config set compute/region REGION
   

   对于 Standard 可用区集群，请设置离 Artifact Registry 代码库最近的 Compute Engine 可用区。

2. 创建名为 hello-cluster 的集群：

    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。如需在 GKE Standard 集群上运行本教程，请改用 gcloud container clusters create 命令。

控制台

1. 在 Google Cloud 控制台中，前往创建 Autopilot 集群页面。

   前往“创建 Autopilot 集群”

2. 在名称字段中，输入名称 hello-cluster。

3. 从区域下拉列表中选择 Compute Engine 区域，例如 us-west1。

4. 点击创建。

5. 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对勾标记。

将 hello-app 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
   

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          90s
   hello-app-784d7569bc-jfkz5   1/1     Running   0          90s
   hello-app-784d7569bc-mnrrl   1/1     Running   0          95s
   

   注意：Pod 最多可能需要两分钟才能开始运行。在开始运行之前，Status 列会显示 Pending。

控制台

1. 前往 Google Cloud 控制台中的工作负载页面。

   访问“工作负载”

2. 点击 部署。

3. 在指定容器部分中，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 生成外部负载均衡器 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：外部应用负载负载均衡器（需要付费）与 GKE 的费用分开结算。

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 标志指定在负载均衡器上配置的端口号，--target-port 标志指定 hello-app 容器正在监听的端口号。

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

控制台

1. 前往 Google Cloud 控制台中的工作负载页面。

   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 容器监听的端口。

5. 从 Service 类型下拉列表中，选择负载均衡器。

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

7. 负载均衡器准备就绪后，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。

部署新版本的 hello-app

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。

Kubernetes 滚动更新可让您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，负载均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. 前往 Google Cloud 控制台中的工作负载页面。

   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.