Kubernetes 應用程式佈署與管理策略

– 15 分鐘閱讀

Kubernetes 提供了豐富的機制來佈署和管理應用程式，從建立 Docker 映像、設定佈署組態到滾動更新和自動擴充套件，都能有效提升應用程式的可靠性和擴充套件性。本文將逐步說明如何利用 Docker 和 Kubernetes 佈署 Node.js 應用程式，並探討多雲佈署的管理策略，以及 Helm 套件管理器的應用，最後涵蓋監控、日誌和安全性等重要導向。首先，我們會建立 Docker 映像並推播到 Docker Hub，接著撰寫 Kubernetes 佈署組態檔，並使用 kubectl 指令進行佈署。後續將深入探討滾動更新的機制，確保應用程式在更新過程中保持可用性，並設定自動擴充套件以應對流量波動。在多雲環境下，我們將探討如何一致地管理 Kubernetes 叢集，並利用 Helm 簡化佈署流程。最後，我們將關注監控和日誌的收集，以及如何確保 Kubernetes 環境的安全性。

佈署應用程式的步驟

  1. 確認叢集狀態：在開始佈署應用程式之前，請確保您的Kubernetes叢集正在執行且功能正常。
  2. 選擇應用程式：為了示範，我們將使用一個Node.js應用程式。這個應用程式將被容器化並佈署到Kubernetes叢集上。
  3. 建立Dockerfile：在應用程式目錄中，建立一個Dockerfile以定義如何建構應用程式的Docker映像。
# 使用Node.js 14作為基礎映像
FROM node:14

# 設定工作目錄
WORKDIR /app

# 複製package.json檔案
COPY package*.json ./

# 執行npm ci指令以安裝依賴套件
RUN npm ci

# 複製應用程式程式碼
COPY . .

# 公開8080埠
EXPOSE 8080

# 設定啟動命令
CMD ["npm", "start"]
  1. 建構Docker映像：使用Dockerfile建構應用程式的Docker映像。
docker build -t my-nodejs-app:1.0 .
  1. 推播Docker映像到容器登入：將Docker映像推播到一個可供Kubernetes存取的容器登入中。這裡，我們使用Docker Hub作為範例。
docker tag my-nodejs-app:1.0 <您的Docker Hub帳戶名稱>/my-nodejs-app:1.0
docker push <您的Docker Hub帳戶名稱>/my-nodejs-app:1.0
  1. 建立Kubernetes佈署：使用Kubernetes的佈署資源定義來佈署您的應用程式。
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-nodejs-app
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: my-nodejs-app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: my-nodejs-app
    spec:
      containers:
      - name: my-nodejs-app
        image: <您的Docker Hub帳戶名稱>/my-nodejs-app:1.0
        ports:
        - containerPort: 8080
  1. 應用佈署組態：將佈署組態應用到您的Kubernetes叢集。
kubectl apply -f deployment.yaml
  1. 暴露服務：建立一個Kubernetes服務以暴露您的應用程式給外部。
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-nodejs-app-service
spec:
  selector:
    app: my-nodejs-app
  ports:
  - name: http
    port: 80
    targetPort: 8080
  type: LoadBalancer
  1. 測試應用程式：最後，測試您的應用程式是否正常執行。
kubectl get svc my-nodejs-app-service -o jsonpath='{.status.loadBalancer.ingress[0].hostname}'
圖表翻譯：
  graph LR
    A[應用程式程式碼] -->|建構|> B[Docker映像]
    B -->|推播|> C[容器登入]
    C -->|提取|> D[Kubernetes]
    D -->|佈署|> E[佈署組態]
    E -->|應用|> F[Kubernetes叢集]
    F -->|暴露|> G[服務]
    G -->|測試|> H[外部存取]

這個流程圖描述了從應用程式程式碼到佈署在Kubernetes叢集上的整個過程，包括建構Docker映像、推播到容器登入、提取映像、佈署到Kubernetes，以及最終暴露服務給外部。這個過程展示了Kubernetes如何簡化容器化應用程式的佈署和管理。

佈署Node.js應用至Kubernetes

步驟一：登入Docker Hub

首先，使用docker login命令登入Docker Hub，然後標記您的映象並上傳至Docker Hub。這一步驟非常重要，因為它確保您的映象可以被Kubernetes存取。

docker login
docker tag my-nodejs-app:1.0 <你的DockerHub使用者名稱>/my-nodejs-app:1.0
docker push <你的DockerHub使用者名稱>/my-nodejs-app:1.0

步驟二：建立佈署YAML檔

接下來，建立一個名為my-nodejs-app-deployment.yaml的YAML檔，內容如下：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-nodejs-app
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: my-nodejs-app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: my-nodejs-app
    spec:
      containers:
      - name: my-nodejs-app
        image: <你的DockerHub使用者名稱>/my-nodejs-app:1.0
        ports:
        - containerPort: 8080
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-nodejs-app
spec:
  type: LoadBalancer
  ports:
  - port: 8080
    targetPort: 8080
    protocol: TCP
  selector:
    app: my-nodejs-app

步驟三：佈署應用

使用以下命令佈署您的應用至Kubernetes叢集：

kubectl apply -f my-nodejs-app-deployment.yaml

步驟四：監控佈署

檢查佈署狀態：

kubectl rollout status deployment my-nodejs-app

一旦佈署完成，您可以檢視建立的Pods：

kubectl get pods -l app=my-nodejs-app

步驟五：存取應用

要存取您的應用，您需要取得my-nodejs-app服務的外部IP地址：

kubectl get service my-nodejs-app

注意輸出的EXTERNAL-IP，然後在瀏覽器中存取該IP地址加上埠號（本例中為8080）。

步驟六：擴充套件應用

如果需要，您可以擴充套件應用的複本數量：

kubectl scale deployment my-nodejs-app --replicas=5

然後，檢視更新後的Pods數量：

kubectl get pods -l app=my-nodejs-app

步驟七：更新應用

要更新您的應用，修改原始程式碼，建立一個新的Docker映象，標記並推播到Docker Hub，然後更新佈署。例如，更新映象標籤至1.1：

# 建立新的映象
docker build -t my-nodejs-app:1.1 .

# 標記映象
docker tag my-nodejs-app:1.1 <你的DockerHub使用者名稱>/my-nodejs-app:1.1

# 推播映象到Docker Hub
docker push <你的DockerHub使用者名稱>/my-nodejs-app:1.1

這樣，您就可以使用Kubernetes佈署您的Node.js應用，並且可以輕鬆地擴充套件和更新您的應用。

Kubernetes 多雲佈署管理

在 Kubernetes 中，無論您是在單雲還是多雲環境中佈署應用程式，管理佈署的方法都大致相同。您將使用相同的工具 kubectl 來與您的佈署進行互動。這意味著，一旦您掌握了在單雲叢集中管理佈署的技能，您就可以毫不費力地將這些技能應用於多雲環境。

常見的佈署管理任務

以下是管理多雲 Kubernetes 叢集中佈署的一些常見任務：

取得佈署列表

要檢視叢集中的佈署列表，請執行：

kubectl get deployments

取得佈署的詳細資訊

要檢視特定佈署的詳細資訊，請執行：

kubectl describe deployment <佈署名稱>

將 <佈署名稱> 替換為您的佈署名稱。

更新複製數

要擴大或縮小佈署，請更改複製數：

kubectl scale deployment <佈署名稱> --replicas=<複製數>

將 <佈署名稱> 替換為您的佈署名稱，將 <複製數> 替換為所需的複製數。

暫停和還原佈署

您可以暫停佈署以應用多個更改，然後還原它：

# 暫停佈署
kubectl rollout pause deployment <佈署名稱>

# 應用多個更改
kubectl set env deployment <佈署名稱> KEY1=VALUE1 KEY2=VALUE2
kubectl set resources deployment <佈署名稱> -c=<容器名稱> --limits=cpu=200m,memory=512Mi

# 還原佈署
kubectl rollout resume deployment <佈署名稱>

將 <佈署名稱> 和 <容器名稱> 替換為您的佈署和容器名稱。

更新佈署

要更新佈署以使用新映像，請執行：

kubectl set image deployment my-nodejs-app my-nodejs-app=<您的 Docker Hub 使用者名稱稱>/my-nodejs-app:1.1

這將更新 my-nodejs-app 佈署以使用新映像 <您的 Docker Hub 使用者名稱稱>/my-nodejs-app:1.1。

清理資源

要刪除與您的應用程式相關的資源，請執行：

kubectl delete -f my-nodejs-app-deployment.yaml

這將刪除與您的應用程式相關的資源。

透過這些命令和任務，您可以輕鬆地管理您的 Kubernetes 佈署，無論是在單雲還是多雲環境中。

佈署管理和滾動更新

在 Kubernetes 中，佈署（Deployment）是一種管理 Pod 和 ReplicaSet 的資源，能夠讓您輕鬆地管理和更新您的應用程式。以下是佈署管理和滾動更新的相關內容。

檢查滾動更新狀態

您可以使用以下命令檢查滾動更新的狀態：

kubectl rollout status deployment <佈署名稱>

請將 <佈署名稱> 替換為您的佈署名稱。

檢視滾動更新歷史

您可以使用以下命令檢視滾動更新的歷史：

kubectl rollout history deployment <佈署名稱>

請將 <佈署名稱> 替換為您的佈署名稱。

滾動更新

Kubernetes 提供了一個重要的功能叫做滾動更新（Rolling Updates），它可以讓您在不中斷使用者的情況下更新您的應用程式。滾動更新的工作原理是確保有一定數量的副本（Replica）始終可用，即使新版本的應用程式正在佈署，使用者也可以繼續存取舊版本的應用程式而不會受到影響。

執行滾動更新

您可以使用以下命令執行滾動更新：

kubectl set image deployment <佈署名稱> <容器名稱>=<新映像>

請將 <佈署名稱> 替換為您的佈署名稱， <容器名稱> 替換為您要更新的容器名稱， <新映像> 替換為新的映像名稱。

例如，如果您有一個名為 my-nodejs-app 的佈署，包含一個名為 my-nodejs-app 的容器，您可以使用以下命令更新映像：

kubectl set image deployment my-nodejs-app my-nodejs-app=<您的 Docker Hub 使用者名稱稱>/my-nodejs-app:1.1

Kubernetes 會逐漸替換舊的例項為新的例項，確保應用程式在更新過程中保持可用。

暫停和還原滾動更新

您可以暫停滾動更新以應用多個變更或除錯問題，然後稍後還原它：

# 暫停滾動更新
kubectl rollout pause deployment <佈署名稱>

請將 <佈署名稱> 替換為您的佈署名稱。

圖表翻譯：

  flowchart TD
    A[開始] --> B[檢查滾動更新狀態]
    B --> C[執行滾動更新]
    C --> D[暫停滾動更新]
    D --> E[還原滾動更新]
    E --> F[完成]

這個流程圖描述了滾動更新的過程，從檢查滾動更新狀態開始，然後執行滾動更新，暫停滾動更新，還原滾動更新，最後完成滾動更新。

內容解密：

這個內容描述了 Kubernetes 中的佈署管理和滾動更新。滾動更新是一個重要的功能，可以讓您在不中斷使用者的情況下更新您的應用程式。您可以使用 kubectl 命令檢查滾動更新的狀態，執行滾動更新，暫停和還原滾動更新。

Kubernetes 佈署管理：滾動更新、回復和自動擴充套件

Kubernetes 提供了一套強大的工具來管理容器化應用程式的佈署和擴充套件。這些工具包括滾動更新、回復和自動擴充套件，讓您可以輕鬆地管理應用程式的生命週期。

滾動更新

滾動更新是一種更新佈署的方式，讓您可以逐步更新應用程式的版本，而不會中斷服務。您可以使用 kubectl rollout 命令來管理滾動更新。

# 暫停滾動更新
kubectl rollout pause deployment <deployment-name>

# 繼續滾動更新
kubectl rollout resume deployment <deployment-name>

如果您遇到問題，可以使用 kubectl rollout undo 命令來回復到之前的版本。

# 回復到之前的版本
kubectl rollout undo deployment <deployment-name>

您也可以使用 kubectl rollout history 命令來檢視滾動更新的歷史記錄。

# 檢視滾動更新歷史記錄
kubectl rollout history deployment <deployment-name>

自動擴充套件

自動擴充套件是 Kubernetes 中的一個重要功能，讓您可以根據工作負載的變化自動調整應用程式的副本數。您可以使用 kubectl autoscale 命令來管理自動擴充套件。

# 啟用自動擴充套件
kubectl autoscale deployment <deployment-name> --min=<min-replicas> --max=<max-replicas> --cpu-percent=<cpu-percent>

您也可以使用 kubectl scale 命令來手動調整應用程式的副本數。

# 手動調整副本數
kubectl scale deployment <deployment-name> --replicas=<number-of-replicas>

圖表翻譯

以下是滾動更新和自動擴充套件的流程圖：

  flowchart TD
    A[滾動更新] --> B[暫停更新]
    B --> C[繼續更新]
    C --> D[回復到之前的版本]
    D --> E[檢視更新歷史記錄]
    E --> F[自動擴充套件]
    F --> G[啟用自動擴充套件]
    G --> H[手動調整副本數]

圖表翻譯：

此圖表顯示了滾動更新和自動擴充套件的流程。首先，滾動更新可以暫停和繼續，然後可以回復到之前的版本。接著，可以檢視更新歷史記錄。自動擴充套件可以啟用和手動調整副本數。

自動擴充套件（Autoscaling）在 Kubernetes 中的實踐

在 Kubernetes 中，自動擴充套件（Autoscaling）是一項重要的功能，能夠根據實際工作負載的情況動態調整 Pod 的數量，以確保應用程式的高效執行和穩定性。這項功能主要透過 Kubernetes Horizontal Pod Autoscaler（HPA）來實作。

建立 HPA 資源

要啟用自動擴充套件，首先需要建立一個 HPA 資源。這可以透過 kubectl autoscale 命令來完成。基本的命令格式如下：

kubectl autoscale deployment <佈署名稱> --min=<最小副本數> --max=<最大副本數> --cpu-percent=<目標 CPU 使用率>

在這個命令中，需要替換 <佈署名稱>、<最小副本數>、<最大副本數> 和 <目標 CPU 使用率>。例如，要為一個名為 my-nodejs-app 的佈署建立一個 HPA，設定最小副本數為 3，最大副本數為 10，目標 CPU 使用率為 50%，可以使用以下命令：

kubectl autoscale deployment my-nodejs-app --min=3 --max=10 --cpu-percent=50

驗證 HPA

建立 HPA 資源後，可以透過 kubectl get hpa 命令來驗證 HPA 的狀態。這個命令會顯示建立的 HPA 資源，包括目標 CPU 使用率和當前的副本數。

監視 HPA

要檢視 HPA 的詳細資訊，可以使用 kubectl describe hpa <HPA 名稱> 命令。這個命令會顯示 HPA 的組態和當前的狀態，包括目標 CPU 使用率、當前的副本數等資訊。

更新 HPA

如果需要更新 HPA 的組態，例如改變目標 CPU 使用率或最小/最大副本數，可以使用 kubectl edit hpa <HPA 名稱> 命令。這個命令會在預設的文字編輯器中開啟 HPA 的組態檔案，允許進行修改並儲存。

刪除 HPA

如果需要刪除 HPA 和停用自動擴充套件，可以使用 kubectl delete hpa <HPA 名稱> 命令。這個命令會刪除指定的 HPA 資源，停止自動擴充套件功能。

內容解密：

在上述過程中，kubectl autoscale 命令是用來建立 HPA 資源的核心命令。透過這個命令，可以根據實際需求設定最小和最大副本數，以及目標 CPU 使用率。這個設定對於應用程式的效能和穩定性有著重要的影響。

圖表翻譯：

  graph LR
    A[建立 HPA] --> B[設定 HPA 引數]
    B --> C[驗證 HPA 狀態]
    C --> D[監視 HPA]
    D --> E[更新 HPA 組態]
    E --> F[刪除 HPA]

這個流程圖描述了建立、驗證、監視、更新和刪除 HPA 的過程，展示了自動擴充套件功能在 Kubernetes 中的實踐過程。

探索 Helm Package Manager

Helm 是一個 Kubernetes 的套件管理器，簡化了在 Kubernetes 叢集上佈署、管理和擴充套件應用程式的過程。它使用「charts」來描述一組相關的 Kubernetes 資源，讓您可以使用單一命令來佈署預先設定的應用程式。

在多雲 Kubernetes 環境中，應用程式和服務通常需要在不同的雲供應商（如 AWS、Azure、GCP 或本地資料中心）上佈署和管理。這增加了應用程式管理的複雜性，因為每個雲供應商都有自己的工具、API 和設定。Helm 在多雲 Kubernetes 環境中發揮關鍵作用，提供以下優點：

  • 簡化佈署：Helm charts 封裝了在 Kubernetes 上佈署應用程式的複雜性，讓您可以使用單一命令來佈署預先設定的應用程式。
  • 一致性：Helm 確保在不同雲供應商之間的佈署是一致的，讓您可以在任何 Kubernetes 叢集上使用相同的 Helm chart 來佈署您的應用程式。
  • 版本控制和回復：Helm 允許您版本控制您的應用程式佈署，讓您可以輕鬆升級或回復到之前的版本。
  • 重用和分享：Helm charts 可以輕鬆地被分享和重用，讓您可以利用預先建置的設定和最佳實踐。
  • 自訂：Helm charts 可以被高度自訂，讓您可以根據您的特定需求來組態應用程式佈署。
  • 生態系統整合：Helm 與 Kubernetes 生態系統中的其他工具整合，例如 CI/CD 管道、監控工具和安全解決方案，讓您可以輕鬆地佈署和管理您的應用程式。

安裝和設定 Helm

在多雲 Kubernetes 環境中佈署應用程式可能是一個複雜的任務，但使用 Helm 可以簡化這個過程。以下是您需要遵循的步驟來安裝和設定 Helm：

  1. 安裝 Helm CLI：您需要在您的本地機器上安裝 Helm CLI。您可以從 Helm 官方網站下載 Helm CLI，然後按照 README 檔案中的安裝指示進行安裝。
  2. 設定 Kubernetes 叢集：您需要確保您有多個 Kubernetes 叢集在不同的雲供應商上執行。您需要有必要的憑證，例如 kubeconfig 檔案或 API 金鑰，來存取和管理這些叢集。
  3. 組態上下文：您需要確保您的本地 Kubernetes 組態中有每個叢集的上下文設定。這通常儲存在 ~/.kube/config 檔案中。您可以使用 kubectl config use-context <context-name> 來切換不同的叢集。
  4. 安裝和組態雲供應商特定的元件：有些雲供應商可能需要額外的元件或組態來支援其特定的儲存、網路或其他服務。您需要確保這些元件已經正確地安裝和組態在您的 Kubernetes 叢集中。
  5. 建立 Helm Charts：您需要建立 Helm charts 來佈署您的應用程式。您可以從頭開始建立自己的 charts，或者自訂現有的 charts。
  6. 設定 CI/CD 管道：您需要組態 CI/CD 管道來自動化您的應用程式在多雲 Kubernetes 環境中的佈署和管理。這可以涉及工具如 Jenkins、GitLab CI/CD 或 GitHub Actions。

Helm Charts

Helm charts 是描述一組相關的 Kubernetes 資源的集合。您可以使用 Helm charts 來佈署您的應用程式，並且可以自訂 charts 來符合您的特定需求。

以下是 Helm charts 的一些關鍵特點：

  • 簡化佈署：Helm charts 封裝了在 Kubernetes 上佈署應用程式的複雜性，讓您可以使用單一命令來佈署預先設定的應用程式。
  • 重用和分享：Helm charts 可以輕鬆地被分享和重用，讓您可以利用預先建置的設定和最佳實踐。
  • 自訂：Helm charts 可以被高度自訂，讓您可以根據您的特定需求來組態應用程式佈署。

監控和記錄

為了確保多雲 Kubernetes 環境的穩定性和安全性，需要設立監控和記錄解決方案，以收集和聚合來自不同雲供應商的資料。Prometheus 是一種流行的監控工具，可以用於收集和分析應用程式的效能資料。同時，Elasticsearch、Fluentd 和 Kibana (EFK) 可以用於記錄和分析應用程式的日誌資料。

安全性

確保多雲 Kubernetes 環境的安全性是非常重要的。需要實施最佳的安全實踐，例如網路分段、根據角色的存取控制 (RBAC) 和資料加密。這些措施可以幫助防止未經授權的存取和資料洩露。

Ingress 控制器和負載平衡

Ingress 控制器和負載平衡是 Kubernetes 環境中兩個非常重要的元件。Ingress 控制器負責管理外部流量的進入和路由，確保流量被正確地分配到不同的服務。負載平衡則確保流量被均勻地分配到可用的服務，從而確保應用程式的穩定性和效能。

Ingress 控制器

Ingress 控制器是一個 Kubernetes 元件，負責監視 API 伺服器的 Ingress 資源和處理其中定義的規則。它負責管理外部存取到叢集中的服務，通常是透過路由規則來實作的。在多雲 Kubernetes 環境中，Ingress 控制器可以提供一個一致的介面來管理外部存取到應用程式，無論是在哪個雲供應商上。

Kubernetes 已成為容器協調領域的主導技術，其多雲佈署能力更是備受關注。本文深入探討了從應用程式佈署、滾動更新、自動擴充套件到 Helm Chart 使用等一系列 Kubernetes 的核心實務，並涵蓋了監控、日誌、安全以及 Ingress 控制器的關鍵環節。分析顯示，儘管 Kubernetes 簡化了容器化應用程式的佈署和管理流程，但多雲環境下的組態複雜度、安全性挑戰以及跨雲供應商的整合問題仍需仔細考量。技術限制深析指出，不同雲供應商提供的 Kubernetes 服務存在差異，需要針對特定環境進行調整和最佳化。展望未來，隨著雲原生技術的持續發展，預計將出現更多自動化工具和標準化方案，進一步降低多雲 Kubernetes 佈署的門檻。玄貓認為，企業應積極擁抱 Kubernetes 生態，並著重於提升團隊的技術能力和實務經驗，才能充分釋放 Kubernetes 的巨大潛力。

玄貓

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。