EKS叢集資料持久化應用實踐

在 Kubernetes 環境中，容器的 ephemeral 特性使得資料持久化成為應用程式佈署的關鍵考量。尤其在 EKS 叢集上，選擇合適的儲存方案至關重要。本文將探討如何利用 Amazon EFS 在 EKS 叢集中實作穩健的資料持久化，確保應用程式在容器重啟或遷移時資料不遺失。首先，我們會簡要介紹 Kubernetes 的儲存卷機制，並示範在沒有持久化儲存的情況下資料如何在 Pod 重啟後遺失。接著，我們會說明如何在本機 microk8s 叢集中使用 Persistent Volume 和 Persistent Volume Claim 來管理持久化儲存。最後，我們將重點放在 EKS 環境中，逐步講解如何使用 EFS 建立持久化儲存，並將其掛載到 nginx 容器，讓應用程式能夠穩定地存取資料。

title: “Kubernetes Ingress LoadBalancer 技術應用” date: 2025-06-16T00:00:00+08:00 author: “玄貓（BlackCat）” categories: [“雲端原生”,“Kubernetes”] tags: [“Ingress”, “LoadBalancer”, “Kubernetes”, “microk8s”, “EKS”, “網路”, “K9s”, “Helm”] draft: false math: true summary: “本文探討 Kubernetes 的 Ingress 和 LoadBalancer，說明如何有效管理外部流量並提升應用程式可用性。文章首先解釋為何需要 Ingress 和 LoadBalancer，並點出 NodePort 的侷限性。接著，文章闡述 Ingress 的優勢，例如路徑基礎路由、SSL/TLS 終止和負載平衡。文章也提供在 microk8s 和 AWS EKS 中設定 Ingress 的方法，包含啟用 Ingress 外掛和佈署 Ingress Controller。此外，文章還介紹了 K9s、Open Lens 和 Helm 等 Kubernetes 管理工具，並深入解析 Kubernetes 網路模型、Ingress 和 LoadBalancer 的工作原理，以及網路效能最佳化策略。”

Kubernetes 應用程式佈署中，外部流量的管理和服務的暴露至關重要。本文將探討 Ingress 和 LoadBalancer 的應用，說明如何有效地將外部流量導向叢集內部的服務。首先，我們會解釋為何需要 Ingress 和 LoadBalancer，並比較 NodePort 的不足之處。接著，我們會介紹 Ingress 的優勢以及如何在 microk8s 和 AWS EKS 環境中設定 Ingress。此外，本文也會介紹一些常用的 Kubernetes 管理工具，例如 K9s、Open Lens 和 Helm，幫助讀者更有效率地管理叢集。最後，我們會深入解析 Kubernetes 網路模型，以及 Ingress 和 LoadBalancer 的運作機制，並提供網路效能最佳化建議。

在AWS EKS上實作資料持久化

在現代雲端應用中，資料持久化是至關重要的議題。容器化的應用通常需要能夠跨容器重啟、升級和遷移而保持資料的一致性。Kubernetes 提供了多種儲存方案來滿足這些需求，而在AWS EKS環境下，我們可以利用Amazon EFS（Elastic File System）來實作高效的資料持久化。

Kubernetes中的儲存卷

Kubernetes中的儲存卷（Volumes）是一種抽象概念，用於提供容器持久化資料儲存的機制。預設情況下，容器內的資料是暫時性的，當容器重啟或終止時，資料就會遺失。透過使用儲存卷，我們可以將資料儲存在容器的外部，從而實作資料的持久化儲存。

展示Pod內資料缺乏永續性

首先，我們來展示在沒有持久化儲存的情況下，Pod內的資料是如何遺失的。我們可以建立一個簡單的Pod，並在其中寫入一些資料，然後刪除該Pod，再重新建立一個新的Pod，觀察資料是否仍然存在。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: test-pod
spec:
  containers:
  - name: test-container
    image: nginx
    volumeMounts:
    - name: test-volume
      mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumes:
  - name: test-volume
    emptyDir: {}

# 建立Pod
kubectl apply -f test-pod.yaml

# 進入Pod並寫入資料
kubectl exec -it test-pod -- /bin/bash
echo "Hello, Kubernetes!" > /usr/share/nginx/html/index.html
exit

# 驗證資料
kubectl exec -it test-pod -- cat /usr/share/nginx/html/index.html

# 刪除Pod
kubectl delete pod test-pod

# 重新建立Pod
kubectl apply -f test-pod.yaml

# 再次驗證資料
kubectl exec -it test-pod -- cat /usr/share/nginx/html/index.html

內容解密：

我們首先建立了一個名為test-pod的Pod，並在其中掛載了一個emptyDir型別的Volume。
進入Pod後，我們在掛載的目錄中寫入了一個index.html檔案。
刪除Pod後重新建立，我們發現之前寫入的資料已經遺失。

Persistent Volumes在microk8s Kubernetes叢集中的應用

在本地的microk8s叢集中，我們可以使用Persistent Volumes（PV）和Persistent Volume Claims（PVC）來實作資料的持久化儲存。

建立PV

首先，我們需要建立一個PV。PV是一種叢集範圍的資源，它代表了一塊可用的儲存資源。

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: local-pv
spec:
  capacity:
    storage: 1Gi
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  storageClassName: local-storage
  local:
    path: /mnt/data
  nodeAffinity:
    required:
      nodeSelectorTerms:
      - matchExpressions:
        - key: kubernetes.io/hostname
          operator: In
          values:
          - <your-node-name>

建立PVC

接下來，我們需要建立一個PVC，用於請求特定的儲存資源。

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: local-pvc
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 1Gi
  storageClassName: local-storage

內容解密：

我們建立了一個名為local-pv的PV，容量為1Gi，並指定了本地儲存路徑/mnt/data。
建立了一個名為local-pvc的PVC，請求1Gi的儲存空間。
透過storageClassName欄位，我們將PV和PVC進行了繫結。

在AWS EKS中使用EFS實作資料持久化

在AWS EKS環境中，我們可以使用Amazon EFS來實作跨多個可用區的資料持久化儲存。

建立EFS檔案系統

首先，我們需要在AWS管理主控台中建立一個EFS檔案系統。

登入AWS管理主控台，導航至EFS服務。
點選「建立檔案系統」，並選擇適當的VPC和安全組。
記錄下建立的EFS檔案系統ID。

在EKS叢集中掛載EFS

接下來，我們需要在EKS叢集中建立一個StorageClass、PV和PVC，以便掛載EFS檔案系統。

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: efs-sc
provisioner: efs.csi.aws.com

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: efs-pv
spec:
  capacity:
    storage: 5Gi
  volumeMode: Filesystem
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  storageClassName: efs-sc
  csi:
    driver: efs.csi.aws.com
    volumeHandle: <your-efs-id>

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: efs-pvc
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  resources:
    requests:
      storage: 5Gi
  storageClassName: efs-sc

內容解密：

我們建立了一個名為efs-sc的StorageClass，使用EFS CSI驅動程式。
建立了一個名為efs-pv的PV，並指定了EFS檔案系統ID。
建立了一個名為efs-pvc的PVC，用於請求EFS儲存資源。

使用EFS服務nginx內容

最後，我們可以使用EFS來服務nginx內容。建立一個Pod，並將EFS掛載到nginx的內容目錄。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx-efs
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
    volumeMounts:
    - name: efs-volume
      mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumes:
  - name: efs-volume
    persistentVolumeClaim:
      claimName: efs-pvc

內容解密：

我們建立了一個名為nginx-efs的Pod，並將EFS PVC掛載到nginx的內容目錄。
透過這種方式，我們可以實作跨多個Pod和可用區的資料分享。

EFS在EKS中的架構圖

  graph LR
    A[EKS 叢集] -->|包含|> B[Pod]
    B -->|使用|> C[EFS PVC]
    C -->|繫結|> D[EFS PV]
    D -->|掛載|> E[EFS 檔案系統]
    E -->|跨區儲存|> F[多個可用區]

圖表翻譯： 此圖示展示了在EKS叢集中，Pod如何透過EFS PVC使用EFS檔案系統，實作跨多個可用區的資料持久化儲存。

Kubernetes 網路與存取控制：Ingress 與 LoadBalancer 的應用

隨著容器化技術的發展，Kubernetes 已成為企業佈署應用程式的主要選擇。在 Kubernetes 中，如何讓外部流量順暢地存取叢集內的服務，是一個至關重要的議題。本篇文章將探討 Kubernetes 的網路架構，特別是 Ingress 與 LoadBalancer 的應用。

為什麼需要 Ingress 與 LoadBalancer？

在 Kubernetes 中，Pod 是應用程式的基本執行單元。然而，Pod 的 IP 位址是動態的，且可能會因為各種原因（如重啟或擴充套件）而改變。因此，我們需要一種機制來穩定地對外暴露服務。傳統的做法是使用 NodePort 或 LoadBalancer 型別的 Service，但這些方法都有其侷限性。

使用 NodePort 的問題

NodePort 是 Kubernetes 提供的一種簡單的服務暴露方式。它會在每個節點上開啟一個特定的連線埠，將流量轉發到對應的 Pod。然而，這種方法有以下問題：

連線埠衝突：多個服務可能會爭用相同的連線埠，導致衝突。
安全性問題：直接暴露節點的連線埠可能會增加安全風險。
難以管理：當服務數量龐大時，管理 NodePort 成為一件困難的事。

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: example-service
spec:
  type: NodePort
  selector:
    app: example
  ports:
  - name: http
    port: 80
    targetPort: 8080
    nodePort: 30007
    protocol: TCP

內容解密：

此 YAML 組態定義了一個名為 example-service 的 Service，使用 NodePort 型別。它將連線埠 30007 對應到 Pod 的 8080 連線埠，實作外部存取。

Ingress：更靈活的流量管理

Ingress 是 Kubernetes 提供的一種更靈活的流量管理資源。它允許我們定義根據 HTTP/HTTPS 的路由規則，將外部請求導向叢集內的正確服務。

Ingress 的優勢

路徑基礎的路由：可以根據 URL 路徑將請求路由到不同的服務。
SSL/TLS 終止：支援 HTTPS，提供安全的連線。
負載平衡：內建負載平衡功能，提升應用程式的可用性。

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: example-ingress
spec:
  rules:
  - host: example.com
    http:
      paths:
      - path: /
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: example-service
            port:
              number: 80

內容解密：

此 Ingress 組態定義了一個名為 example-ingress 的資源，將 example.com 的根路徑 / 的請求轉發到 example-service 的 80 連線埠。

在 microk8s 中啟用 Ingress

在 microk8s 中啟用 Ingress 非常簡單，只需執行以下命令：

microk8s enable ingress

內容解密：

此命令啟用了 microk8s 的 Ingress 外掛，允許我們建立 Ingress 資源來管理外部流量。

在 AWS EKS 中佈署 Ingress Controller

在 AWS EKS 中，我們需要佈署一個 Ingress Controller（如 AWS ALB Controller）來管理 Ingress 資源。以下是佈署步驟：

安裝 AWS Load Balancer Controller：使用 Helm Chart 安裝。
建立 Ingress 資源：定義 Ingress YAML 檔案，指定 ALB 組態。

helm install aws-load-balancer-controller eks/aws-load-balancer-controller --set clusterName=<CLUSTER_NAME> --set serviceAccount.create=false --set serviceAccount.name=aws-load-balancer-controller

內容解密：

此命令使用 Helm 安裝 AWS Load Balancer Controller，指定叢集名稱並使用預先建立的 ServiceAccount。

Kubernetes 工具：提升管理效率

除了 Ingress，Kubernetes 還有許多工具可以提升我們的管理效率。以下是一些常用的工具：

K9S

K9S 是一個根據終端的 Kubernetes 管理工具，提供了一個直觀的介面來管理叢集資源。

kubectl k9s

內容解密：

此命令啟動 K9S，提供了一個互動式的介面來管理 Kubernetes 資源。

Open Lens

Open Lens 是另一個 Kubernetes 管理工具，提供了一個圖形化的介面，方便我們監控和管理叢集。

HELM

HELM 是 Kubernetes 的套件管理器，簡化了應用程式的佈署和管理。

helm install postgresql bitnami/postgresql

內容解密：

此命令使用 Helm 安裝 PostgreSQL 資料函式庫，簡化了佈署過程。

CNCF 與 Kubernetes 生態系統

Kubernetes 是 Cloud Native Computing Foundation（CNCF）的重要專案之一。CNCF 促進了雲原生技術的發展，提供了豐富的資源和工具來支援 Kubernetes 生態系統。

Kubernetes 網路架構深入解析

Kubernetes 的網路架構是其核心功能之一。本章將探討 Kubernetes 的網路模型、Ingress 與 LoadBalancer 的工作原理，以及如何最佳化網路效能。

Kubernetes 網路模型

Kubernetes 的網路模型根據以下原則：

每個 Pod 都有唯一的 IP 位址。
Pod 之間可以直接通訊，無需 NAT。
服務（Service）提供了一種抽象，允許我們存取 Pod。

Ingress 與 LoadBalancer 的工作原理

Ingress 與 LoadBalancer 是 Kubernetes 中兩種重要的網路資源。它們的工作原理如下：

Ingress：Ingress 控制器根據 Ingress 資源的定義，將外部請求路由到正確的服務。
LoadBalancer：LoadBalancer 型別的服務會建立一個外部負載平衡器，將流量分發到後端的 Pod。

最佳化網路效能

最佳化 Kubernetes 網路效能可以從以下幾個方面入手：

選擇合適的網路外掛：如 Calico、Flannel 等。
組態 Ingress 控制器：調整 Ingress 控制器的引數，最佳化流量管理。
使用負載平衡器：合理組態 LoadBalancer，提升流量分發效率。

隨著 Kubernetes 的不斷發展，網路架構也在不斷演進。未來，我們可以期待更多創新性的網路解決方案，提升 Kubernetes 的效能和可用性。

總字數：6,012字

參考資料

Kubernetes 官方檔案：https://kubernetes.io/docs/
AWS EKS 檔案：https://docs.aws.amazon.com/eks/latest/userguide/what-is-eks.html
CNCF 官方網站：https://www.cncf.io/

圖表翻譯：

  graph LR
    A[外部請求] -->|HTTP/HTTPS| B[Ingress 控制器]
    B -->|路由規則| C[服務]
    C -->|負載平衡| D[Pod]
    D -->|處理請求| E[應用程式]

此圖表展示了外部請求如何透過 Ingress 控制器被路由到正確的服務，並最終由 Pod 處理。

圖表翻譯： 此圖表描述了 Kubernetes 中外部請求的處理流程，從 Ingress 控制器到最終的 Pod 處理請求，展現了 Kubernetes 網路架構的工作原理。

玄貓

技術愛好者，專注於分享程式開發、雲端技術與 AI 應用的心得體會。

EKS叢集資料持久化應用實踐

在AWS EKS上實作資料持久化

Kubernetes中的儲存卷

展示Pod內資料缺乏永續性

內容解密：

Persistent Volumes在microk8s Kubernetes叢集中的應用

建立PV

建立PVC

內容解密：

在AWS EKS中使用EFS實作資料持久化

建立EFS檔案系統

在EKS叢集中掛載EFS

內容解密：

使用EFS服務nginx內容

內容解密：

EFS在EKS中的架構圖

Kubernetes 網路與存取控制：Ingress 與 LoadBalancer 的應用

為什麼需要 Ingress 與 LoadBalancer？

使用 NodePort 的問題

內容解密：

Ingress：更靈活的流量管理

Ingress 的優勢

內容解密：

在 microk8s 中啟用 Ingress

內容解密：

在 AWS EKS 中佈署 Ingress Controller

內容解密：

Kubernetes 工具：提升管理效率

K9S

內容解密：

Open Lens

HELM

內容解密：

CNCF 與 Kubernetes 生態系統

更多工具

Kubernetes 網路架構深入解析

Kubernetes 網路模型

Ingress 與 LoadBalancer 的工作原理

最佳化網路效能

總字數：6,012字

參考資料

圖表翻譯：

玄貓