一起探索Kubernetes

【编者的话】本文用图示详细分析了GitLab如何与Kubernetes集群集成,进行CI/CD流水线的配置,从而实现更高效的DevOps流程。 我将介绍使用DigitalOcean创建新的Kubernetes集群(或简称k8s)的经验,配置我的GitLab项目以使用Kubernetes集群,以及为部署配置CI/CD进程。 如果你想了解现代堆栈的运行是多么简单,请继续阅读。
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Fatos Bytyqi拍摄 # 创建一个Kubernetes集群 Kubernetes是一个容器编排平台,由于其简单性而受到广泛欢迎。 Kubernetes很棒,因为你可以使用配置文件定义部署配置,存储和网络,集群将确保你的应用程序始终在该配置中运行。 从源代码构建Kubernetes集群是一项艰巨的任务,但是我们可以通过大型云提供商的几次点击来实现这一目标。 我个人更喜欢DigitalOcean的简单性,我很幸运能够成为他们管理的Kubernetes产品的LTD版本的一部分。 让我们深入了解如何在DigitalOcean上创建集群。 单击“创建Kubernetes”选项后,无论是通过侧面导航还是顶部导航中的下拉菜单,都会显示此屏幕。
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DigitalOceans的Kubernetes集群创建示例 在撰写本文时,Kubernetes版本1.13.1是最新版本,因此我在离我最近的地区选择了该版本。 下一步是配置节点池,标签并选择名称。 我选择用一个低成本节点来保持简单,以便学习。 这可以在将来更改,因此从小规格开始不会限制你的未来容量。 标签是可选的,名称可以是你想要的任何名称。 我发现添加“k8s”标签可以快速识别集群中的droplet。
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配置节点,标签和名字 单击“创建群集”后,该过程大约需要4-5分钟才能完成。 在此期间,我们可以让你的机器设置连接到新的Kubernetes群集。 用于与Kubernetes群集交互的主要的命令行程序是`kubectl`。 对于MacOS用户,可以使用`brew`通过运行以下命令来安装它。
➜ brew install kubernetes-cli
brew完成安装后,你需要从DigitalOcean下载集群配置文件,以使`kubectl`命令知道你的集群所在的位置。 为此,请在DigitalOcean Kubernetes群集安装页面上一直向下滚动到以下部分,然后单击“下载配置文件”按钮
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该文件将保存到`~/Downloads`目录中。 为了简化操作,请将文件复制或移动到`~/.kube/config`文件。 该文件将由`kubectl`命令自动读取。
➜ mkdir -p ~/.kube
➜ mv ~/Downloads/[k8s-cluster].yaml ~/.kube/config
创建集群后,通过运行`kubectl get nodes`测试连接。 这将显示群集中的单个节点。
➜ kubectl get nodes
NAME                   STATUS    ROLES     AGE       VERSION
tender-einstein-8m4m   Ready         21m       v1.13.1
在我的例子中,节点(这是一个DigitalOcean Droplet)被命名为“tender-einstein-8m4m”,我们可以在上面看到。 如果看到类似的输出,则表明你的Kubernetes集群已成功创建,并且你可以通过`kubectl`命令行程序与其建立连接。 # 将GitLab连接到Kubernetes GitLab具有本地集成Kubernetes的功能,我们可以配置任何组或项目来使用它。 你需要在GitLab项目上提升(项目创建者和/或管理员)权限才能设置Kubernetes集成。 首先,选择Operations菜单下的Kubernetes选项卡,然后单击Add Kubernetes Cluster。
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GitLab - 添加 Kubernetes 集群 在下一个屏幕上,单击“添加现有群集”选项卡。 在这里,系统将提示你输入一些不同的项目以允许GitLab连接到你的Kubernetes群集。 GitLab有关于如何添加集群的优秀文档,我建议你阅读这些文档以全面了解集成。我将在此强调所需的步骤。 ## 创建帐户 首先,我们需要为GitLab创建一个新的系统级帐户来连接。 此帐户称为ServiceAccount。 为此,我们可以使用`kubectl`命令行程序。 我们将使用YAML语法(在整个Kubernetes中使用)定义帐户,如下所示:
➜ kubectl create -f - <
此YAML定义将在“default”命名空间中创建名为“gitlab”的ServiceAccount。

下一步是授予GitLab帐户集群管理员权限,以便它可以代表你自由创建和销毁服务。 我们将再次使用`kubectl`和YAML定义。
➜ kubectl create -f - <[list]
[*]kind: ServiceAccount[/*]
[/list]  name: gitlab
  namespace: default
roleRef:
  kind: ClusterRole
  name: cluster-admin
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
EOF
## 连接群集 现在,让我们看一下GitLab连接到Kubernetes集群所需的所有信息。
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GitLab - 添加Kubernetes集群时呈现的表格 第一个字段是Kubernetes集群名称。 这对你来说可以帮助你识别k8s群集。 它并没有真正使用那么多,所以不要花太多时间为它命名。 可以通过运行以下命令获取下一个字段API URL:
➜ kubectl cluster-info | grep 'Kubernetes master' | awk '/http/ {print $NF}'
https://xxxxxx.k8s.ondigitalocean.com
获取命令返回的URL并将其粘贴到API URL字段中。 可以通过从创建GitLab帐户时创建的“secret”中提取数据来获取CA证书和token。 Kubernetes具有`secret`资源的概念,旨在存储敏感信息。 除了设置过程,你还可以创建自己的secret来存储应用程序敏感信息,如数据库凭据,API密钥等。 列出项目运行中的所有secret:
➜ kubectl get secrets                                                                                                                            
NAME                  TYPE                                  DATA
default-token-xfxg9   kubernetes.io/service-account-token   3 
gitlab-token-vxhxq    kubernetes.io/service-account-token   3 
在这里,我们看到群集中有2个secret对象。 我们感兴趣的是名为`gitlab-token-vxhxq`的名字。 找到以`gitlab-token-*`开头的secret,并在下一个命令中使用它:
➜ kubectl get secret  -o jsonpath="{['data']['ca\.crt']}" | base64 --decode
-----BEGIN CERTIFICATE-----
...
-----END CERTIFICATE-----
复制并粘贴从命令返回的所有内容,从`----- BEGIN CERTIFICATE -----`开始,以`----- END CERTIFICATE -----`结尾,进入CA Certificate字段。 可以通过执行以下操作以类似的方式获取token:
➜ kubectl get secret  -o jsonpath="{['data']['token']}" | base64 --decode
WlhsS2FHSkhZMmxQYVVwVFZYc...
再一次,将返回的值粘贴到GitLab中的Token字段中。 至于Project Namespace,我把它留空了。 确保选中RBAC启用的群集复选框。 准备好后,继续并单击Add Kubernetes Cluster按钮。
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GitLab - 集群所有的必填字段均已填入 # 设置CI/CD 在GitLab中设置持续集成和持续部署流水线非常简单。它融入了GitLab产品,只需将`.gitlab-ci`文件添加到项目的根目录即可轻松配置。将代码推送到GitLab仓库时会触发CI/CD流水线。流水线必须在服务器上运行,该服务器称为“Runner”。Runner可以是虚拟专用服务器,公共服务器,也可以是安装GitLab Runner客户端的任何地方。在我们的用例中,我们将在Kubernetes群集上安装一个运行器,以便在Pod中执行Job。此客户端还使其可扩展,因此我们可以并行运行多个Job。 要在群集上安装GitLab Runner客户端,我们首先需要安装另一个名为Helm的工具。 Helm是Kubernetes的软件包管理器,简化了软件的安装。我觉得Helm与Brew for Mac类似,他们都有一个可以安装到系统上的软件回购。 ##安装Helm 通过Gitlab安装Helm只需要单击“安装”按钮。假设一切都配置正确,安装只需几秒钟。
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在Kubernetes集群上安装helm tiller 完成之后,让我们看看群集,看看GitLab安装了什么。 使用`kubectl get ns`命令,我们可以看到Gitlab已经创建了自己的命名空间,命名为gitlab-managed-apps。
➜ kubectl get ns 
NAME                  STATUS    AGE
default               Active    1d
gitlab-managed-apps   Active    23s
kube-public           Active    1d
kube-system           Active    1d
如果我们运行`kubectl get pods`,当未指定命名空间时,默认使用`default`,我们将看不到任何内容。 要查看GitLab命名空间中的Pod,请运行`kubectl get pods -n gitlab-managed-apps`。
➜ kubectl get pods -n gitlab-managed-apps
NAME                             READY     STATUS    RESTARTS   AGE
tiller-deploy-7dd47f89cc-27cmt   1/1       Running   0          5m
在这里,我们看到“Helm tiller”已成功创建并正在运行。 ##安装GitLab Runner 如前所述,GitLab运行程序允许我们的CI/CD Job在Kubernetes集群中运行。 使用GitLab安装Runner很简单,只需单击“安装”按钮即可。
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GitLab - 在Kubernetes集群上安装运行器 我的群集花了大约1分钟。 完成之后,让我们再看看Pod,你应该看到GitLab Runner的新Pod。
➜ kubectl get pods -n gitlab-managed-apps 
NAME                                    READY     STATUS    RESTARTS
runner-gitlab-runner-5cffc648d7-xr9rq   1/1       Running   0
tiller-deploy-7dd47f89cc-27cmt          1/1       Running   0
你可以通过查看GitLab中的设置➜CI/CD➜Runner部分来验证Runner是否已连接到你的项目。
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GitLab - Kubernetes运行器已在本项目激活 ##运行流水线 很好,所以现在我们有一个功能齐全的GitLab项目,连接到Kubernetes,Runner准备执行我们的CI/CD流水线。 让我们设置一个示例Golang项目,看看如何触发这些流水线。 对于这个项目,我们将运行一个简单的HTTP服务器,返回经典的“Hello World”。 首先,写下Go代码:
# main.go
package main
import (
 "fmt"
 "log"
 "net/http"
)
func main() {
http.HandleFunc(
  "/hello",
  func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
   fmt.Fprintf(w, "Hello World!")
  },
 )
log.Fatal(http.ListenAndServe(":8080", nil))
} 
然后是运行的Dockerfile:
# Dockerfile
FROM golang:1.11
WORKDIR /go/src/app
COPY . .
RUN go get -d -v ./...
RUN go install -v ./...
CMD ["app"]
接下来,我们将创建一个.gitlab-ci.yml文件来定义我们的CI/CD流水线。该文件将在每次代码推送时进行评估,如果分支或标签与任何Job匹配,它们将由我们之前配置的GitLab运行程序之一自动执行。 我们流水线的第一步是在我们推送到主分支时创建应用程序的Docker镜像。 我们可以使用以下配置执行此操作:
# Gitlab CI Definition (.gitlab-ci.yml)
stages:
  - build
  - deploy
services:
  - docker:dind
variables:
  DOCKER_HOST: tcp://localhost:2375
build_app:
  image: docker:latest
  stage: build
  only:
    - master
  script:
    - docker build -t ${CI_REGISTRY}/${CI_PROJECT_PATH}:${CI_COMMIT_REF_NAME} .
    - docker login -u gitlab-ci-token -p ${CI_BUILD_TOKEN} ${CI_REGISTRY}
    - docker push ${CI_REGISTRY}/${CI_PROJECT_PATH}:${CI_COMMIT_REF_NAME} 
让我们浏览文件中的每个块。`stages:` 块定义流水线中阶段的顺序。我们只有2个阶段,构建然后部署。 `services:` 块包括官方Docker-in-Docker(或dind)镜像,将在所有Job中链接。我们需要这个,因为我们将成为GitLab CI Docker容器内的应用程序Docker容器。 接下来我们有`build_app:` Job。这个名字由我们的项目组成,可以是你想要的任何名称。`image`表明我们正在使用Docker Hub中的最新Docker镜像。`stage`告诉GitLab这个Job处于什么阶段。要记住的一件好事是,同一阶段的Job将并行运行。`only:`标签表示我们只会在提交到`master`分支时运行此Job。最后,`scrips:`是Job的核心,它将运行`docker build`命令来创建我们的镜像,然后`docker login`到GitLab注册表,然后`docker push`将该镜像推送到我们的注册表。 此时我们可以提交并推送代码,你应该在GitLab注册表中看到一个全新的镜像。 在构建镜像并将其保存在注册表上之后,下一步是部署它。我们需要定义部署配置,告诉Kubernetes我们想要如何运行应用程序。以下yaml文件正是如此:
# Deployment Configuration (deployment-template.yaml)
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: example-deployment
  labels:
    app: example
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: example
  template:
    metadata:
      labels:
        app: example
    spec:
      containers:
      - name: example
        image: registry.gitlab.com/thisiskj/example:latest
        ports:
        - containerPort: 8080
此文件定义了一个部署,其中包含一个将从项目运行镜像的单个副本(registry.gitlab.com/thisiskj/example:latest)。 为了触发部署,我已经配置了.gitlab-ci.yml文件,以便在标记代码repo时执行此操作。 这是Job定义:
deploy_app:
  image: thisiskj/kubectl-envsubst
  stage: deploy
  environment: production
  only:
    - tags
  script:
    - envsubst \$CI_COMMIT_TAG < deployment-template.yaml > deployment.yaml
    - kubectl apply -f deployment.yaml
此Job将运行envsubst命令,以使用触发构建的Git标签的名称替换deployment-template.yaml中的$ CI_COMMIT_TAG变量。 环境变量$CI_COMMIT_TAG由GitLab运行器设置,我们告诉envsubst基本上搜索并替换文件中的变量。 ##查看应用程序 此时所有内容都已连线,我们的部署将在每个新标签上运行。 我们可以看到正在运行的Pod:
➜  kubectl -n example-10311640 get pods
NAME                                  READY   STATUS    RESTARTS
example-deployment-756c8f6dc5-jk85w   1/1     Running   0
现在,Pod正在运行,但我们无法从外部访问Golang HTTP服务。 为了允许外部访问,我们可以创建LoadBalancer类型的服务。 将以下规范添加到部署yaml以在DigitalOcean上创建LoadBalancer。
---
kind: Service
apiVersion: v1
metadata:
  name: example-loadbalancer-service
spec:
  selector:
    app: example
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 8080
  type: LoadBalancer
在下一次部署中,我们可以监视LoadBalancer的创建。 外部IP可能需要几分钟才能显示。
➜  kubectl -n example-10311640 get services
NAME                           TYPE           CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
example-loadbalancer-service   LoadBalancer   10.245.40.9        80:30897/TCP   4s
...
➜  kubectl -n example-10311640 get services
NAME                           TYPE           CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP      PORT(S)        AGE
example-loadbalancer-service   LoadBalancer   10.245.40.9   157.230.64.204   80:30897/TCP   2m9s
我们还可以在DigitialOcean控制台中监控负载均衡器的创建:
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DigitalOcean — 网络控制台 最后,我们可以通过导航到浏览器中的IP地址来查看我们的应用程序:
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服务开始运行 #总结一下 我希望你发现此演练有助于你设置自己的群集和现代DevOps工作流程。 你可以在https://gitlab.com/thisiskj/example上查看与该项目相关的所有代码。 如果你有任何其他方法可以将GitLab CI/CD与Kubernetes部署集成,请随时分享评论。 原文链接:Lets Explore Kubernetes(翻译:池剑锋)

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