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ASP.NET Core 借助 K8S 玩轉容器編排

Production-Grade Container Orchestration – Automated container deployment, scaling, and management.
生產級別的容器編排系統——自動化的容器部署、擴展和管理。

1. 引言

由於最近在學習微服務,所以就基於之前docker的基礎上把玩一下k8s(Kubernetes),以瞭解基本概念和核心功能。

2. What’s k8s?

k8s涉及到很多基本概念,可以看十分鐘帶你理解Kubernetes核心概念快速瞭解。
下麵這張圖包含了k8s了核心組成模塊:

這裡就簡單羅列以下:

  • k8s Master:k8s主節點,主要包括:

  • API Server:提供可以用來和集群交互的REST端點。

  • Replication Controller:用來創建和複製Pod。

  • Node:k8s節點,可以是虛擬機或物理機。其又包含以下組件:

  • Kubelet:是主節點代理。

  • Kube-proxy:Service使用其將鏈接路由到Pod,如上文所述。

  • Docker或Rocket:Kubernetes使用的容器技術來創建容器。

  • Pod:用來托管應用程式實體,包含:

  • Container:運行的容器

  • Volume:共享儲存 (捲)

  • IP Address:IP 地址

  • Labels:標簽,用於給pod打標簽

  • Service:服務,由一組相同Label的Pod組成,其用來控制訪問Pods的策略

3. 環境準備

梳理完基本概念,我們來動手玩一玩吧。有三種玩法:一種就是跟隨k8s官方的在線實驗室進行實操;第二種就是基於Docker For Windows 中集成的k8s進行玩耍;第三種就是安裝 MiniKube搗鼓。這裡選擇第二種進行講解。

PS:很多初學者在環境準備階段遭遇挫折的後就直接放棄了,筆者為了搭建這個k8s環境也耗費了不少時日,其中包含一次重裝系統,汗!希望下麵的步驟助你k8s之行有個好的開端。

3.1. 在Docker for Windows中啟用Kubernetes

首先確保你已安裝Docker for Windows。
因為那道牆,在Docker For Windows Client中啟用Kubernetes,並沒有想象的那麼順利。最後參照這篇文章成功啟用:為中國用戶在 Docker for Mac/Windows 中開啟 Kubernetes
如果安裝了最新版本的docker for windows 客戶端(v2.0.0.3),可參考以下步驟:

  1. 為 Docker daemon 配置 Docker Hub 的中國官方鏡像加速 https://registry.docker-cn.com

  2. git clone https://github.com/AliyunContainerService/k8s-for-docker-desktop.git

  3. cd k8s-for-docker-desktop

  4. git checkout v2.0.0.2 (這一步很重要!!!)

  5. Powell shell執行 ./load_images.ps1

  6. Enable Kubernetes

  7. 執行 kubectl cluster-info,輸出以下,表示正常啟動。

  1. Kubernetes master is running at https://localhost:6445
  2. KubeDNS is running at https://localhost:6445/api/v1/namespaces/kube-system/services/kube-dns:dns/proxy
  3.  
  4. To further debug and diagnose cluster problems, use 'kubectl cluster-info dump'.

環境搭建成功,你就成功了一半,請再接再厲動手完成以下實驗!

4. 運行第一個Pod

4.1. 創建初始鏡像

1:首先我們執行 dotnetnewmvc-n K8s.NET.Demo 創建一個ASP.NET Core Mvc應用 K8s.NET.Demo修改 HomeController如下所示:

  1. public class HomeController : Controller {
  2. public IActionResult Index () {
  3. var hostname = Dns.GetHostName ();
  4. ViewBag.HostName = hostname;
  5. ViewBag.HostIp = Dns.GetHostAddresses (hostname).FirstOrDefault (ip => ip.AddressFamily == AddressFamily.InterNetwork);
  6. return View ();
  7. }
  8. public IActionResult Privacy () {
  9. return View ();
  10. }
  11. public IActionResult CheckHealth () {
  12. if (new Random ().Next (100) > 50) {
  13. return Ok ("OK");
  14. } else {
  15. return BadRequest ();
  16. }
  17. }
  18. [ResponseCache (Duration = 0, Location = ResponseCacheLocation.None, NoStore = true)]
  19. public IActionResult Error () {
  20. return View (new ErrorViewModel { RequestId = Activity.Current?.Id ?? HttpContext.TraceIdentifier });
  21. }
  22. }

修改 Index.cshtml如下:

  1. @{
  2. ViewData["Title"] = "Home Page";
  3. }
  4. <div class="text-center">
  5. <h1 class="display-4">Welcomeh1>

  6. Host Name@ViewBag.HostNameh1>


  7. Host IP@ViewBag.HostIph1>

  8.  

    Learn about <a href="https://docs.microsoft.com/aspnet/core">building Web apps with ASP.NET Core</a>.p>

  9. div>

2:然後添加 Dockerfile:

  1. FROM microsoft/dotnet:sdk AS build-env
  2. WORKDIR /app
  3.  
  4. # Copy csproj and restore as distinct layers
  5. COPY *.csproj ./
  6. RUN dotnet restore
  7.  
  8. # Copy everything else and build
  9. COPY . ./
  10. RUN dotnet publish -c Release -o out
  11.  
  12. # Build runtime image
  13. FROM microsoft/dotnet:aspnetcore-runtime
  14. WORKDIR /app
  15. COPY --from=build-env /app/out .
  16. ENTRYPOINT ["dotnet", "K8s.NET.Demo.dll"]

3:然後執行 docker build-t k8s.net.demo.構造鏡像,構造成功後執行 docker images即可查看到名為 k8s.net.demo的鏡像。

4.2. 創建 pod 描述檔案

添加 k8s-web-pod.yaml檔案如下:

  1. apiVersion: v1
  2. kind: Pod # 定義Kubernetes資源的型別為Pod
  3. metadata:
  4. name: k8s-net-pod # 定義資源的名稱
  5. labels: # 為Pod貼上標簽,後面會介紹其用處
  6. app: k8s-net-pod
  7. spec: # 定義資源的狀態,對於Pod來說,最重要屬性就是containers
  8. containers: # containers一個陣列型別,如果你希望部署多個容器,可以添加多項
  9. - name: web # 定義本Pod中該容器的名稱
  10. image: k8s.net.demo # 定義Pod啟動的容器鏡像地址
  11. imagePullPolicy: IfNotPresent # k8s預設值為Always,總是從遠端拉取鏡像,通過設置IfNotPresent或Never來使用本地鏡像
  12. ports:
  13. - containerPort: 80 # 定義容器監聽的端口(與Dockerfile中的EXPOSE類似,只是為了提供文件信息)
  14. livenessProbe: # 存活探針定義
  15. httpGet:
  16. path: /Home/CheckHealth # 存活探針請求路徑
  17. port: 80 #存活探針請求端口

4.3. 使用kubectl create 創建 pod

執行以下命令完成pod的創建:

  1. $ kubectl create -f k8s-web-pod.yaml
  2. pod "k8s-web-pod.yaml" created
  3. $ kubectl get pod
  4. NAME READY STATUS RESTARTS AGE
  5. k8s-net-pod 1/1 Running 0 1m

4.4. 訪問 pod 中運行的容器

要想與 pod 進行通信,可以通過 kubectl port-forward配置端口轉發,來完成。

  1. $ kubectl port-forward k8s-net-pod 8090:80
  2. Forwarding from 127.0.0.1:8090 -> 80
  3. Forwarding from [::1]:8090 -> 80

瀏覽器訪問http://localhost:8090/,效果如下圖所示:

至此我們成功跑起了第一個pod。

這時你可能會問,這和我直接用 docker run-d-p8091:80k8s.net.demo 運行一個容器有什麼區別呢?並沒有看到k8s強大在哪裡啊?!
別急,你現在再執行一次 kubectlgetpod,我來告訴你答案。

  1. $ kubectl get po
  2. NAME READY STATUS RESTARTS AGE
  3. k8s-net-pod 1/1 Running 17 1h

看到RESTARTS列沒有,它是用來說明pod重啟了多少次。使用docker運行容器,如果容器掛掉,docker是不會負責給你重啟容器的。
而在k8s中,只需要配置存活探針,k8s就會自動探測容器的運行狀態,進行自動重啟。而存活探針僅需要在yaml檔案中指定 livenessProbe節點即可。(PS:/home/checkhealth 使用隨機數來模擬容器應用運行狀態,當隨機數小於50,就傳回BadRequest。)

而這,只是k8s的冰山一角。

5. 運行第一個 Service

Pod運行於集群內部,雖然使用 kubect port-forward可以映射端口在本機訪問,但對於外部依舊無法訪問,如果需要暴露供外部直接訪問,則需要創建 service。

5.1. 使用 kubectl expose 創建 service

我們可以通過 kubectl expose pod直接將當前運行的pod實體暴露出去。

  1. $ kubectl expose pod k8s-net-pod --name k8s-net-service --type=NodePort
  2. service "k8s-net-service" exposed
  3. $ kubectl get service
  4. NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
  5. k8s-net-service NodePort 10.98.62.192 80:30942/TCP 7m

如上,它有一個CLUSTER-IP為 10.98.62.192,因此我們可以在集群內使用 10.98.62.192:80來訪問該服務,如果是在集群外部,可以使用 NodeIP:30942(節點所在服務器IP)來訪問。

5.2. 使用 servive 描述檔案創建

另外一種方式就是創建描述檔案來創建了,添加 k8s-net-service.yaml檔案:

  1. apiVersion: v1
  2. kind: Service # 定義Kubernetes資源的型別為Service
  3. metadata:
  4. name: k8s-net-service # 定義資源的名稱
  5. spec:
  6. selector: # 指定對應的Pod
  7. app: k8s-net-pod # 指定Pod的標簽為k8s-net-pod
  8. ports:
  9. - protocol: TCP # 協議型別
  10. port: 80 # 指定Service訪問的端口
  11. targetPort: 80 # 指定Service轉發請求的端口
  12. nodePort: 30000
  13. type: NodePort # 指定Service的型別,在這裡使用NodePort來對外訪問

執行 kubectl create-f k8s-net-service.yaml來創建service。

  1. $ kubectl create -f k8s-net-service.yaml
  2. service "k8s-net-service" created
  3. $ kubectl get service
  4. NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
  5. k8s-net-service NodePort 10.98.62.192 80:30942/TCP 23m
  6. k8s-net-service NodePort 10.97.110.150 80:30000/TCP 34s
  7. kubernetes ClusterIP 10.96.0.1 443/TCP 1d

6. 試試 k8s 的自由伸縮

是時候來體驗下k8s強大的自動伸縮功能了。k8s中通過創建 ReplicaSetDeployment來管理 pod,進而完成自動化擴展和管理。PS: 也可以使用ReplicaController,但推薦使用ReplicaSet,因為其標簽匹配功能更強大。

6.1. 運行第一個 ReplicaSet

首先定義 ReplicaSet 描述檔案 k8s-net-replicaset.yaml

  1. apiVersion: apps/v1beta2 # rs 的版本號為apps/v1beta2
  2. kind: ReplicaSet # 定義Kubernetes資源的型別為ReplicaSet
  3. metadata:
  4. name: k8s-net-replicaset # 定義資源的名稱
  5. spec:
  6. replicas: 3 # 指定pod實體的個數
  7. selector: # pod選擇器
  8. matchLabels: # 指定匹配的標簽
  9. app: k8s-net-pod # 指定Pod的標簽為k8s-net-pod
  10. template: # 創建新的pod模板配置
  11. metadata:
  12. labels:
  13. app: k8s-net-pod # 指定使用哪個pod
  14. spec:
  15. containers:
  16. - name: k8s-net-replicaset
  17. image: k8s.net.demo # 指定使用的鏡像
  18. imagePullPolicy: IfNotPresent # k8s預設值為Always,總是從遠端拉取鏡像,通過設置IfNotPresent或Never來使用本地鏡像

執行以下命令創建 ReplicaSet,並觀察自動創建的pod實體。

  1. $ kubectl create -f k8s-net-replicaset.yaml
  2. replicaset.apps "k8s-net-replicaset" created
  3. $ kubectl get rs
  4. NAME DESIRED CURRENT READY AGE
  5. k8s-net-replicaset 3 3 3 8s
  6. $ kubectl get pod
  7. NAME READY STATUS RESTARTS AGE
  8. k8s-net-pod 1/1 Running 61 12h
  9. k8s-net-replicaset-bxw9c 1/1 Running 0 35s
  10. k8s-net-replicaset-k6kf7 1/1 Running 0 35s
  11. $ kubectl delete po k8s-net-replicaset-bxw9c
  12. pod "k8s-net-replicaset-bxw9c" deleted
  13. $ kubectl get po
  14. NAME READY STATUS RESTARTS AGE
  15. k8s-net-pod 1/1 Running 61 12h
  16. k8s-net-replicaset-bxw9c 0/1 Terminating 0 2m
  17. k8s-net-replicaset-k6kf7 1/1 Running 0 2m
  18. k8s-net-replicaset-xvb9l 1/1 Running 0 6s

從上面看到, k8s-net-replicasetk8s-net-pod為模板創建了額外兩個pod副本,當我們嘗試刪除其中一個副本後,再次查看pod串列,replicaset會自動幫我們重新創建一個pod。
那我們嘗試把剛創建的 k8s-net-replicaset暴露為Service,看看實際運行是什麼效果吧。依次執行以下命令:

  1. $ kubectl expose replicaset k8s-net-replicaset --type=LoadBalancer --port=8091 --target-port=80 --name k8s-net-rs
  2. -service
  3. service "k8s-net-rs-service" exposed
  4. $ kubectl get service
  5. NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
  6. k8s-net-rs-service LoadBalancer 10.99.134.237 localhost 8091:32641/TCP 8s
  7. k8s-net-service NodePort 10.104.21.80 80:30000/TCP 12h
  8. kubernetes ClusterIP 10.96.0.1 443/TCP 12h

然後瀏覽器訪問http://localhost:8091/,嘗試多次掃清瀏覽器,顯示效果如下,我們發現ReplicaSet已幫我們做好了負載均衡。

假如現在網站訪問量劇增,3個實體任然無法有效支撐,可以不停止應用的情況下做到水平伸縮嗎?Of course, Yes!
僅需執行 kubectl scale命令進行擴展即可。

  1. $ kubectl get pod
  2. NAME READY STATUS RESTARTS AGE
  3. k8s-net-replicaset-g4n6g 1/1 Running 0 13m
  4. k8s-net-replicaset-lkrf7 1/1 Running 0 13m
  5. k8s-net-replicaset-tf992 1/1 Running 0 13m
  6. $ kubectl scale replicaset k8s-net-replicaset --replicas=6
  7. replicaset.extensions "k8s-net-replicaset" scaled
  8. $ kubectl get pod
  9. NAME READY STATUS RESTARTS AGE
  10. k8s-net-replicaset-cz2bs 0/1 ContainerCreating 0 3s
  11. k8s-net-replicaset-g4n6g 1/1 Running 0 13m
  12. k8s-net-replicaset-lkrf7 1/1 Running 0 13m
  13. k8s-net-replicaset-pjl9m 0/1 ContainerCreating 0 3s
  14. k8s-net-replicaset-qpn2l 0/1 ContainerCreating 0 3s
  15. k8s-net-replicaset-tf992 1/1 Running 0 13m

從以上的輸出可以看,我們一句命令就擴展pod實體到6個,是不是很簡單?!

你可能又問了,我現在訪問高峰過了,我怎麼快速縮放應用呢?啊,和上面一樣的,你把 --replicas引數改小點就是了,就像這樣 kubectl scale replicaset k8s-net-replicaset--replicas=3

7. 最後

本文從使用docker創建image,到使用k8s創建第一個pod,到暴露第一個Service,再到使用ReplicaSet 進行容器伸縮,基本串通了k8s的核心基礎概念,從而對k8s有了基礎的認知,希望對你的K8S之路有所幫助。

由於篇幅有限,筆者也是初玩,k8s的很多功能並未一一羅列,那就留著下次分享吧。
如果要問我,k8s有什麼好書推薦,首推《Kubernetes In Action》,國內已經有中文版了,翻譯的不錯!
本文示例代碼已上傳至GitHub: K8S.NET.Demo

參考資料雨夜朦朧 – Kubernetes初探[1]:部署你的第一個ASP.NET Core應用到k8s集群

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