Google Kubernetes Engine (GKE) 入門

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  1. GKE 的叢集編排管理 (orchestration)
  2. GCP 上的 Kubernetes
  3. 準備
  4. 開始你的 Lab，然後登入 GCP Console
  5. 啟動 Google Cloud Shell
  6. 設定預設的 compute zone
  7. 建立 GKE 叢集
  8. 取得叢集的驗證憑證
  9. 將應用部署至叢集
  10. 將應用公開發佈到網際網路
  11. 清除
  12. 參考來源

本篇是紀錄在 Google 的 Qwiklab 平台內，完成「Kubernetes Engine: Qwik Start」這個 quest 所學到的內容，包括如何透過 GKE 建立容器和部署容器化應用程式。

Google Kubernetes Engine (GKE) 提供了一個代管環境，可以使用 Google 基礎架構來部署、管理和擴展容器化應用程式。GKE 提供的環境是由多台機器 (特別是 Google Compute Engine instance) 組成，組成一個容器叢集。在此 lab 中，你將透過 GKE 來實際練習如何建立容器和部署應用程式。

GKE 的叢集編排管理 (orchestration)

GKE 叢集是由 Kubernetes 開源叢集管理系統提供技術支援。你可以透過 Kubernetes 提供的機制與容器叢集互動。可以使用 Kubernetes 指令和資源來部署以及管理應用程式、執行管理任務、制訂政策，以及監控已部署工作負載 (workload) 的健康狀態。

Kubernetes 採用相同的設計原則來執行常用的 Google 服務，並提供相同的優勢：應用程序容器的自動管理、監控與有效性探測 (liveness probe)、自動擴展，滾動升級…等。當您在容器叢集上執行應用程序時，你所使用的技術是由 Google 在容器中執行 production 工作負載的十餘年經驗的技術。

GCP 上的 Kubernetes

執行 GKE 叢集時，你也可以獲得 GCP 所提供的進階叢集管理功能優點，其中包括：

準備

在點擊「Start Lab」之前，準備好網路瀏覽器 (推薦用 Google Chrome)，並且至少 40 分鐘可以專注的時間，因為 lab 是有時間限制，當你按下「Start Lab」開始學習時，無法暫停倒數計時，你只能在這段時間內使用 lab 提供給你的全新暫時 GCP Console 可用帳號，時間到之後的幾分鐘就會自動登出。

注意：如果你有自己的個人 GCP 帳號或專案，請不要在此 lab 使用

開始你的 Lab，然後登入 GCP Console

  1. 如果準備要開始，可以點擊右上角的「Start Lab」開始：

  1. 接著會出現這個畫面，因為我參加 GDG Tainan 的活動，活動有提供 Qwiklabs 一個月的免費額度，所以我點選下圖左邊的「Use Subscription」：

  1. Lab 會提供給你免費暫時的 GCP 帳號，複製帳號和密碼，然後點擊「Open Google Console」開啟 GCP Console：

圖片來源：Creating a Virtual Machine | Qwiklabs

  1. 接著就會開啟登入頁面，建議另外開 Chrome 無痕模式來登入 lab 提供的帳號和密碼，因為 Chrome 會紀錄帳密，現在登入的只是暫時帳號，未來不需要用到：

注意：這邊是登入 lab 提供的帳號 (也就是 email 必須為 googlexxxxxx_student@qwiklabs.net )，如果你有自己的 GCP 帳號，請不要用於此 lab，避免產生費用

類似於 googlexxxxxx_student@qwiklabs.net 的帳號是一個 Google 帳號，專為 Qwiklabs 學生使用而建立的。它具有特定的域名 (也就是 qwiklabs.net )，並且已分配了 IAM 角色，允許你去存取該 GCP 專案。

  1. 接受 terms 和 conditions：

  1. 不要新增 recovery options 或 two-factor authentication (因為這是一個臨時帳號)：

  1. 勾選同意服務條款：

之後就可以開始使用 GCP Console 囉：

啟動 Google Cloud Shell

Google Cloud Shell 是載入了開發工具的 VM，它提供 5GB 的 home 目錄，並在 Google Cloud 上執行。可用 Google Cloud Shell 提供的 command-line 來存取 GCP 的資源。

  1. 在 GCP console 的右上方工具列中，點擊「Activate Cloud Shell」按鈕：

  1. 在打開的對話框內，點擊「START CLOUD SHELL」：

  1. 連接和提供環境需要一些時間：

  1. 連接後，就代表你已經過身份驗證，專案已設置為 PROJECT_ID，以下圖的為例，此專案的 ID 為 qwiklabs-gcp-f9d61ede8167e6b0：

gcloud 是 GCP 的 command-line 工具，他已預先安裝在 Cloud Shell 上，並且支援 tab 自動補齊 (tab-completion)。

使用下面指令可列出有效帳號名稱：

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$ gcloud auth list
          Credentialed Accounts
ACTIVE  ACCOUNT
*       google3043863_student@qwiklabs.net

To set the active account, run:
    $ gcloud config set account `ACCOUNT`

可以使用以下指令列出專案 ID：

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$ gcloud config list project
[core]
project = qwiklabs-gcp-f9d61ede8167e6b0

Your active configuration is: [cloudshell-9292]

詳情可參考官方的 Google Cloud gcloud Overview 文件。

設定預設的 compute zone

compute zone 是你的叢集及其資源所在的大概區域位置，例如：us-central1-a 是 us-central1 region 中的一個 zone。

在 Cloud Shell 中啟用新的 session 並執行以下指令，將預設 compute zone 設為 us-central1-a：

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$ gcloud config set compute/zone us-central1-a
Updated property [compute/zone].

詳情可參考官方的 Managing clusters 文件。

建立 GKE 叢集

一個叢集包含至少一個叢集主要 (master) 機器和多個稱為 node 的工作 (worker) 機器組成。node 是 Google Compute Engine (GCE) 的 VM instance，執行 Kubernetes 的必要程序 (process)，使它們成為叢集的一部分。

若要建立叢集，請執行以下指令，並將 [CLUSTER-NAME] 替換為自訂的叢集名稱 (例如：my-cluster )。叢集名稱必須以字母開頭，結尾必須是字母或數字，且不能超過 40 個字元。

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$ gcloud container clusters create [CLUSTER-NAME]

你可以無視下面這些輸出內的任何警告：

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WARNING: In June 2019, node auto-upgrade will be enabled by default for newly created clusters and node pools. To disable it, use the `--no-enable-autoupgrade`flag.
WARNING: Starting in 1.12, new clusters will have basic authentication disabled by default. Basic authentication can be enabled (or disabled) manually using the `--[no-]enable-basic-auth` flag.
WARNING: Starting in 1.12, new clusters will not have a client certificate issued. You can manually enable (or disable) the issuance of the client certificate using the `--[no-]issue-client-certificate` flag.
WARNING: Currently VPC-native is not the default mode during cluster creation. In the future, this will become the default mode and can be disabled using `--no-enable-ip-alias` flag. Use `--[no-]enable-ip-alias` flag to suppress this warning.
WARNING: Starting in 1.12, default node pools in new clusters will have their legacy Compute Engine instance metadata endpoints disabled by default. To create a cluster with legacy instance metadata endpoints disabled in the default node pool, run `clusters create` with the flag `--metadata disable-legacy-endpoints=true`.
This will enable the autorepair feature for nodes. Please see https://cloud.google.com/kubernetes-engine/docs/node-auto-repair for more information on node autorepairs.
WARNING: Starting in Kubernetes v1.10, new clusters will no longer get compute-rw and storage-ro scopes added to what is specified in --scopes (though the latter will remain included in the default --scopes). To use these scopes, add them explicitly to --scopes. To use the new behavior, set container/new_scopes_behavior property (gcloud config set container/new_scopes_behavior true).

建立叢集可能需要一些時間，很快應該會看到類似下面的輸出：

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NAME        LOCATION       MASTER_VERSION  MASTER_IP      MACHINE_TYPE   NODE_VERSION   NUM_NODES  STATUS
my-cluster  us-central1-a  1.11.7-gke.12   104.154.18.48  n1-standard-1  1.11.7-gke.12  3          RUNNING

詳情可參考官方的 Creating a cluster 文件。

取得叢集的驗證憑證

建立叢集後，需要取得驗證憑證 (authentication credentials) 才能操作叢集。

執行下面指定來對叢集進行驗證，將 [CLUSTER-NAME] 替換成叢集名成：

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$ gcloud container clusters get-credentials [CLUSTER-NAME]

輸出如下：

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Fetching cluster endpoint and auth data.
kubeconfig entry generated for my-cluster.

詳情可參考官方的 Cluster access for kubectl 文件。

將應用部署至叢集

現在你已經建立了一個叢集，可以將容器化應用程式部署到該叢集。在此 lab 中，你將在叢集中執行 hello-app。

GKE 使用 Kubernetes 物件來建立和管理叢集的資源。Kubernetes 提供 Deployment 物件來部署 stateless 的應用，例如：web server。Service 物件定義了從網際網路上存取應用程式的規則和負載平衡。

在 Cloud Shell 中執行下面的 kubectl run 指令，從 hello-app 容器 image 建立新的名為 hello-server 的 Deployment：

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$ kubectl run hello-server --image=gcr.io/google-samples/hello-app:1.0 --port 8080
deployment.apps "hello-server" created

我在 Github 上面找到 hello-app image 的專案原始碼：GoogleCloudPlatform/kubernetes-engine-samples

如果想在自己的專案上使用自己建置的容器 image，並將此 image 的應用部署至 GKE，可參考官方的 Deploying a containerized web application 文件。

此 Kubernetes 指令建立一個代表 hello-app 的 Deployment 物件。在此指令中：

  • --image：指定要部署的容器 image。在這種情況下，該指令從 Google Container Registry bucket 中 pull 範例 image。gcr.io/google-samples/hello-app:1.0 代表這個指令要 pull 的特定 image 版本。如果未指定版本，會使用最新版
  • --port：指定容器要公開的 port

將應用公開發佈到網際網路

根據預設，在 GKE 上執行的容器無法從網際網路存取，因為這些容器沒有外部 IP 位址。所以你必須執行 kubectl expose 這個指令：

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$ kubectl expose deployment hello-server --type="LoadBalancer"
service/hello-server exposed

此指令會建立一個 Kubernetes Service，它是一個 Kubernetes 資源。GKE 會為應用程式建立外部 IP，明確地將應用程序公開給來自網際網路的流量 (外部流量)。加上 type="LoadBalancer" 參數會為容器建立一個 GCE 的 Load Balancer (在自己的專案上使用需要計費)。

GKE 會將外部 IP 位址指派給 Service 資源，而不是指派給 Deployment。如果你想要找出 GKE 為應用程式佈建 (provisioned) 的外部 IP，可執行 kubectl get service 來檢查 hello-server Service：

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$ kubectl get service hello-server

產生外部 IP 位址可能需要一分鐘。如果 EXTERNAL-IP 欄位顯示為 pending 狀態時 (如下)，請等待一段時間後，再次執行上面的指令：

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NAME           TYPE           CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)          AGE
hello-server   LoadBalancer   10.39.249.21   <pending>     8080:31693/TCP   51s

確認應用程式的外部 IP 位址後 ( EXTERNAL-IP 欄位提供的 IP)，請複製此 IP 位址，以下面的輸出範例來說，要複製的 Service 外部 IP 位址就是 35.222.35.96：

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NAME           TYPE           CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP    PORT(S)          AGE
hello-server   LoadBalancer   10.39.249.21   35.222.35.96   8080:31693/TCP   1m

接著將剛剛複製的外部 IP 位址，加上公開的 port，網址格式就會像下面這樣：

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http://[EXTERNAL-IP]:8080

使用瀏覽器開啟此網址，查看應用程式是否能存取。

看到的頁面應該會像下圖這樣：

清除

執行下面的指令來刪除 Service，此步驟將取消分配為你的 Service 所建立的 Cloud Load Balancer：

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$ kubectl delete service hello-server

執行下面的指令來刪除容器叢集，此步驟會一併刪除容器叢集的組成資源，例如：運算執行個體、磁碟和網路資源：

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$ gcloud container clusters delete [CLUSTER-NAME]
The following clusters will be deleted.
 - [my-cluster] in [us-central1-a]

Do you want to continue (Y/n)?

當出現提示時，輸入 Y 進行確認。刪除叢集可能需要一些時間。刪除叢集後的輸出會像下面這樣：

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The following clusters will be deleted.
 - [my-cluster] in [us-central1-a]

Do you want to continue (Y/n)?  y

Deleting cluster my-cluster...done.
Deleted [https://container.googleapis.com/v1/projects/qwiklabs-gcp-deb218c6553ee39c/zones/us-central1-a/clusters/my-cluster].

詳情可查看官方的 Deleting a cluster | Google Kubernetes Engine 文件。

參考來源

Container GCP Load Balancer Kubernetes
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