超适合小项目的 K8S 部署策略

Kubernetes 的稳健性、可靠性使它成为现阶段最流行的云 原生技术之一，但也有不少用户反映， Kubernetes 技术学习起来十分复杂，只适用于大集群且成本较高。这篇文章将打破你的观念，教你在小型项目中部署 Kubernetes 集群。

在部署小型集群之前，你需要思考以下这些问题：

• 应该如何部署应用程序？（仅仅 rsync 到服务器？）

• 依赖关系是怎么样的？（如果利用 python 或 ruby，你必须在服务器上安装它们！）

• 手动运行命令？（如果以 nohup 的方式在后台运行二进制文件这可能不是最好的选择，但去配置路由服务，是否还需要学习 systemd？）

• 如何通过不同域名或 HTTP 路径运行多个应用程序？（你可能需要设置 haproxy 或 Nginx！）

• 当更新应用程序后应该如何推出新变化？（停止服务、部署代码、重启服务？如何避免停机？）

• 如果搞砸了部署怎么办？有什么方法可以回滚？

• 应用程序是否需要使用其他服务？又该如何配置这些服务？（如：redis）

以上这些问题很有可能在你部署小型集群时出现，但 Kubernetes 为上述所有问题都提供了解决方案。或许还有其他方法可以解决上述问题，但是利用 Kubernetes 往往事半功倍，因为我们需要更多的时间专注于应用程序。

让我们看看利用 Kubernetes 部署集群的第二个理由。

你在工作时是否也是这样的状态：我上次运行了什么命令？当时服务器在运行什么服务？这让我想到了著名的 bash.org：

<erno> hm. I've lost a machine.. literally _lost_. it responds to ping, it works completely, I just can't figure out where in my apartment it is.

http://bash.org/?5273

这种情况曾经出现在我的工作中，让原本 10 分钟的工作量变成了一个周末。

但是如果你选择 Kubernetes 部署集群，就不会有这种困扰。因为 Kubernetes 使用描述性格式，如此用户就可以很轻松地知道接下来应该运行哪些内容，如何部署构建块。此外，控制层也会正常处理节点故障并自动重新调度 Pod。（对于像 Web 应用程序这样的无状态服务，就不再需要担心失败。）

Kubernetes 拥有自己的词汇表、工具，以及与传统 Unix 完全不同的配置服务器。Kubernetes 的知识足以建立和维护基础设施。使用 Kubernetes，你可以完全可以在 Kubernetes 中配置服务，无需 SSH 到服务器。你不必学习 systemd 也不必知道什么是运行级别; 你不必格式化磁盘，或学习如何使用 ps，vim。

我通过一个例子，来证明我的观点！

这是利用 Unix :

[Unit]

Description=The NGINX HTTP and reverse proxy server

After=syslog.target network.target remote-fs.target nss-lookup.target[Service]

Type=forking

PIDFile=/run/nginx.pid

ExecStartPre=/usr/sbin/nginx -t

ExecStart=/usr/sbin/nginx

ExecReload=/usr/sbin/nginx -s reload

ExecStop=/bin/kill -s QUIT $MAINPID

PrivateTmp=true

[Install]

WantedBy=multi-user.target

真的比利用 Kubernetes 难：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
 name: my-nginx
spec:
 selector:
 matchLabels:
 run: my-nginx
 replicas: 1
 template:
 metadata:
 labels:
 run: my-nginx
 spec:
 containers:
 - name: my-nginx
 image: nginx
 ports:
 - containerPort: 80

当你远程执行基础架构管理时，是不需要手动维护服务器的。你可以使用：ansible、salt、chef、puppet 等来完成这件事。当然，你需要学习使用很多 Kubernetes 相关工具，这要比学习替代品轻松的多。

Kubernetes 并不是将一件事做到极致的工具而是一个全方位的解决方案，它取代了开发人员习惯使用的许多技术和工具。

接下来我们用实际操作，为大家部署一个小型 Kubernetes 集群。

下面就开始我们的教程。对于这个例子，我们将使用谷歌的 Kubernetes引擎（GKE），但如果谷歌不是你的菜，你也可以选择亚马逊（EKS）或微软（AKS）。

要构建我们的 Kubernetes 集群，我们将需要：

• 域名（10 美元 /年，具体取决于域名）；

• DNS 主机由 cloudflare 提供（免费）；

• GKE 中的 3 个 node kubernetes 集群（5 美元 / 月）；

• 将 Webapp 作为 Docker 容器发送到 Google Container Registry（GCR）（免费）；

• 一些 yaml 文件配置 Kubernetes。

此外，为了节省成本，我们不会使用谷歌的 ingress controller 。相反，我们将在每个节点上运行 Nginx 作为 Daemon，并构建一个自定义运算符，将工作节点外部 IP 地址与 Cloudflare 同步。

首先访问 console.cloud.google.com 并创建一个项目（如果你还没有项目）。你还需要设置结算帐户。然后前往 hamburger 菜单中的 Kubernetes 页面并创建一个新的集群。

你需要执行以下操作：

• 选择 Zonal 区域类型（我使用了 us-central1-a 作为我的区域）；

• 选择你的 Kubernetes 版本；

• 使用最便宜的实例类型（f1-micro）创建 3 个 node 池；

• 对于该节点池，在高级屏幕中，将引导磁盘大小设置为 10GB，启用可抢占的 node（它们更便宜），启用自动升级和自动修复；

• 在节点池下面还有一些其他选项。我们想要禁用 HTTP 负载均衡（GCP 中的负载均衡很昂贵且不稳定）并且还禁用所有 StackDriver 的服务以及禁用 Kubernetes dashboard 。

通过设置所有这些选项，你可以继续创建集群。

以下是减少的成本：

• Kubernetes 控制层：免费，因为谷歌不收取专家的费用；

• Kubernetes 工作节点：5.04 美元/月，3 个微节点通常为 11.65 美元/月，通过使用它们的可抢占性，我们将其降至 7.67 美元/月（“永久免费”等级则达到 5.04 美元）；

• 存储成本：免费，存储成本可以在 GCP 中累计。我们将免费获得 30GB 的永久磁盘，这就是我们选择 10GB 大小的原因；

• 负载均衡器成本：免费，我们禁用 HTTP 负载均衡，因为仅此一项费用将达到 18 美元/月。相反，我们将在每个节点上运行我们自己的 HTTP 代理，并将 DNS 指向公共 IP；

• 网络费用：免费，只要你每月低于 1GB，出口就是免费的（之后每GB 8 美分）。

因此，我们可以拥有一个 3 个节点的 Kubernetes 集群，价格与单个数字机器相同。

除了设置 GKE 之外，我们还需要添加一些防火墙规则，以允许外网点击我们节点上的 HTTP 端口。操作是：从 hamburger 菜单转到 VPC 网络，防火墙规则添加为 TCP 端口 80 和 443 的规则，IP 范围为 0.0.0.0/0。

随着集群的启动和运行，我们就可以对其进行配置。通过 cloud.google.com/sdk/docs 的说明安装 gcloud 工具。

安装完成后，你可以通过运行以下命令进行设置：

gcloud auth login

你还需安装 Docker，将其连接到 GCR 上，方便你进行容器推送：

gcloud auth configure-docker

你也可以按照此处的说明安装和设置 kubectl （此工具适用于 Windows，OSX 或 Linux）。

gcloud components install kubectl
gcloud config set project PROJECT_ID
gcloud config set compute/zone COMPUTE_ZONE
gcloud container clusters get-credentials CLUSTER_NAME

你可以使用任何编程语言构建 Web 应用。我们只需构建一个 port 端口的 HTTP 应用程序。就个人而言，我更喜欢在 Go 中构建这些应用程序，但对于某些类型，让我们尝试使用 Crystal。

创建一个 main.cr 文件：

# crystal-www-example/main.crrequire "http/server"Signal::INT.trap do
 exit
end

server = HTTP::Server.new do |context|
 context.response.content_type = "text/plain"
 context.response.print "Hello world from crystal-www-example! The time is #{Time.now}"end

server.bind_tcp("0.0.0.0", 8080)
puts "Listening on http://0.0.0.0:8080"server.listen

我们还需要一个 Dockerfile：

# crystal-www-example/Dockerfile
FROM crystallang/crystal:0.26.1 as builder

COPY main.cr main.cr

RUN crystal build -o /bin/crystal-www-example main.cr --release

ENTRYPOINT [ "/bin/crystal-www-example" ]

我们可以通过以下命令来构建和测试我们的 Web 应用程序：

docker build -t gcr.io/PROJECT_ID/crystal-www-example:latest .
docker run -p 8080:8080 gcr.io/PROJECT_ID/crystal-www-example:latest

然后输入 localhost:8080 在浏览器中访问。接着我们可以通过以下方式将我们的应用程序推到 GCR 中运行：

docker push gcr.io/PROJECT_ID/crystal-www-example:latest

对于此示例，我们将创建几个 yaml 文件来表示各种服务，然后通过运行 kubectl apply 在集群中配置它们。Kubernetes 的配置具有描述性，这些 yaml 文件将会告诉 Kubernetes 我们希望看到的状态。

我们需要做的事情：

• 为我们的 crystal-www-example Web 应用程序创建部署和服务；

• 为 Nginx 创建一个 Daemon Set 和 Config Map；

• 运行自定义应用程序使用 Cloudflare 到 DNS 同步 node IP。

首先让我们配置 webapp：(先将 PROJECT_ID 替换为你的项目 ID）

# kubernetes-config/crystal-www-example.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
 name: crystal-www-example
 labels:
 app: crystal-www-example
spec:
 replicas: 1
 selector:
 matchLabels:
 app: crystal-www-example
 template:
 metadata:
 labels:
 app: crystal-www-example
 spec:
 containers:
 - name: crystal-www-example
 image: gcr.io/PROJECT_ID/crystal-www-example:latest
 ports:
 - containerPort: 8080---

kind: Service
apiVersion: v1
metadata:
 name: crystal-www-example
spec:
 selector:
 app: crystal-www-example
 ports:
 - protocol: TCP
 port: 8080
 targetPort: 8080

现在创建一个 Deployment，它会通知 Kubernetes 创建一个 Pod，其中包含一个运行 Docker 容器的容器，以及一个用于集群内的 service discovery 。要应用此配置运行（在 kubernetes-config 文件夹中）：

kubectl apply -f .

我们可以使用以下方法测试它是否在运行：

kubectl get pod
# you should see something like:
# crystal-www-example-698bbb44c5-l9hj9 1/1 Running 0 5m

我们还可以创建代理 API，以便我们访问它：

kubectl proxy

然后访问：

http://localhost:8001/api/v1/namespaces/default/services/crystal-www-example/proxy/

通常，在 Kubernetes 中处理 HTTP 服务时，你会使用 ingress controller。不幸的是，Google 的 HTTP 负载均衡器非常昂贵，因此我们将运行自己的 HTTP 代理并手动配置它。

我们将使用 Daemon Set 和 Config Map。Daemon Set 是在每个节点上运行的应用程序。Config Map 基本上是一个小文件，我们可以在容器中安装它，我们将存储 Nginx 配置。

yaml 看起来像这样：

apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:
 name: nginx
 labels:
 app: nginx
spec:
 selector:
 matchLabels:
 app: nginx
 template:
 metadata:
 labels:
 app: nginx
 spec:
 hostNetwork: true
 dnsPolicy: ClusterFirstWithHostNet
 containers:
 - image: nginx:1.15.3-alpine
 name: nginx
 ports:
 - name: http
 containerPort: 80
 hostPort: 80
 volumeMounts:
 - name: "config"
 mountPath: "/etc/nginx"
 volumes:
 - name: config
 configMap:
 name: nginx-conf

---

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
 name: nginx-conf
data:
 nginx.conf: |
 worker_processes 1;
 error_log /dev/stdout info;

 events {
 worker_connections 10;
 }

 http {
 access_log /dev/stdout;

 server {
 listen 80;
 location / {
 proxy_pass http://crystal-www-example.default.svc.cluster.local:8080;
 }
 }
 }

你可以看到我们如何在 Nginx 容器内挂载 config map 的 nginx.conf。我们还在规范上设置了两个附加字段：hostNetwork: true、dnsPolicy: ClusterFirstWithHostNet 。

• hostNetwork: true 以便我们可以绑定主机端口并从外网到达 Nginx；

• dnsPolicy: ClusterFirstWithHostNet 以便我们可以访问集群内的服务。

应用更改：通过点击节点的公共 IP 来到达 Nginx。

你可以通过运行找到：

kubectl get node -o yaml
# look for:
# - address: ...
# type: ExternalIP

我们的网络应用程序现在可通过互联网访问了。现在想想给它起一个好听的名字！

我们需要 A 为集群的节点设置 3 条 DNS 记录：

然后添加一个 CNAME 条目以指向那些 A 记录。（即 www.example.com CNAME kubernetes.example.com）我们可以手动执行此操作，但最好自动执行此操作，以便在扩展或替换节点时 DNS 记录自动更新。

我认为这也是一个很好的说明示例，说明如何让 Kubernetes 为你工作而不是反对它。Kubernetes 完全可编写脚本，并且具有强大的 API。因此你可以使用不太难编写的自定义组件填补空白。我为此构建了一个小型 Go 应用程序，可在此处找到：kubernetes-cloudflare-sync。

建立一个 informer：

factory := informers.NewSharedInformerFactory(client, time.Minute)
lister := factory.Core().V1().Nodes().Lister()
informer := factory.Core().V1().Nodes().Informer()
informer.AddEventHandler(cache.ResourceEventHandlerFuncs{
 AddFunc: func(obj interface{}) {
 resync()
 },
 UpdateFunc: func(oldObj, newObj interface{}) {
 resync()
 },
 DeleteFunc: func(obj interface{}) {
 resync()
 },
})
informer.Run(stop)

informer 将在节点更改时随时调用我的 resync 函数。然后使用 Cloudflare API 库（github.com/cloudflare/cloudflare-go）同步 IP ，类似于：

var ips []stringfor _, node := range nodes { for _, addr := range node.Status.Addresses { if addr.Type == core_v1.NodeExternalIP {
 ips = append(ips, addr.Address)
 }
 }
}
sort.Strings(ips)for _, ip := range ips {
 api.CreateDNSRecord(zoneID, cloudflare.DNSRecord{
 Type: "A",
 Name: options.DNSName,
 Content: ip,
 TTL: 120,
 Proxied: false,
 })
}

就像我们的网络应用程序一样，我们将此应用程序作为 Kubernetes 中的部署：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
 name: kubernetes-cloudflare-sync
 labels:
 app: kubernetes-cloudflare-sync
spec:
 replicas: 1
 selector:
 matchLabels:
 app: kubernetes-cloudflare-sync
 template:
 metadata:
 labels:
 app: kubernetes-cloudflare-sync
 spec:
 serviceAccountName: kubernetes-cloudflare-sync
 containers:
 - name: kubernetes-cloudflare-sync
 image: gcr.io/PROJECT_ID/kubernetes-cloudflare-sync
 args:
 - --dns-name=kubernetes.example.com
 env:
 - name: CF_API_KEY
 valueFrom:
 secretKeyRef:
 name: cloudflare
 key: api-key
 - name: CF_API_EMAIL
 valueFrom:
 secretKeyRef:
 name: cloudflare
 key: email

你需要使用 cloudflare api 密钥和电子邮件地址创建 Kubernetes 密码：

kubectl create secret generic cloudflare --from-literal=email='EMAIL' --from-literal=api-key='API_KEY'

你还需要创建服务帐户（它允许我们的部署访问 Kubernetes API 来检索节点）。首次运行（特别是对于 GKE）：

kubectl create clusterrolebinding cluster-admin-binding --clusterrole cluster-admin --user YOUR_EMAIL_ADDRESS_HERE

然后申请：

apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
 name: kubernetes-cloudflare-sync
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRole
metadata:
 name: kubernetes-cloudflare-sync
rules:
- apiGroups: [""]
 resources: ["nodes"]
 verbs: ["list", "watch"]
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:
 name: kubernetes-cloudflare-sync-viewer
roleRef:
 apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
 kind: ClusterRole
 name: kubernetes-cloudflare-sync
subjects:
- kind: ServiceAccount
 name: kubernetes-cloudflare-sync
 namespace: default

配置就绪后，运行 Cloudflare 的应用程序将在任何节点更改时被更新。以上就是基于 Kubernetes 部署小型集群的详细教程。

总 结

Kubernetes 就是这样一个收放自如的技术。就像你可能永远用不到 SQL 数据库中的所有功能，但你不得不承认 SQL 数据库极大地提高了你快速交付解决方案的能力。

Kubernetes 与 SQL 十分相似。在 Kubernetes 庞大的技术体系下，我们也并不能用到所有功能，却能在每个项目中恰到好处的使用部分功能实现完美部署。在每次利用 Kubernetes 部署小型集群时，我都会从中获得新的认知。

所以我的观点是，Kubernetes 对于小型部署也很有意义，而且既易于使用又便宜。如果你从来没有尝试过，现在就开动起来吧！

本文转自掘金-超适合小项目的 K8S 部署策略