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直播預(yù)告

周五下午14:30，K3s快閃直播開(kāi)播！將介紹如何在K3s上部署K8S Dashboard以及如何卸載K3s。點(diǎn)擊【閱讀原文】或掃描下方二維碼即可傳送到快閃直播現(xiàn)場(chǎng)：

在本文中，我們將使用Flask和JavaScript編寫(xiě)的、帶有MongoDB數(shù)據(jù)庫(kù)的TODO應(yīng)用程序，并學(xué)習(xí)如何將其部署到Kubernetes上。這篇文章是針對(duì)初學(xué)者的，如果你之前沒(méi)有深度接觸過(guò)Kubernetes集群，也不要擔(dān)心！

我們將使用K3s，這是一個(gè)輕量級(jí)的Kubernetes發(fā)行版，非常適合快速入門(mén)。但首先讓我們談?wù)勎覀兿胍獙?shí)現(xiàn)的目標(biāo)。

首先，我將介紹示例應(yīng)用程序。這其實(shí)已經(jīng)簡(jiǎn)化了許多細(xì)節(jié)，但它說(shuō)明了常見(jiàn)的用例。然后我們將熟悉了解容器化應(yīng)用程序的過(guò)程。在我們繼續(xù)之前，我會(huì)討論我們?nèi)绾问褂萌萜鱽?lái)讓我們的開(kāi)發(fā)更加輕松，特別是如果我們?cè)谝粋€(gè)團(tuán)隊(duì)中工作，或者是當(dāng)我們?cè)谝粋€(gè)新的環(huán)境中工作時(shí)，希望減輕開(kāi)發(fā)人員的負(fù)擔(dān)。

一旦我們將應(yīng)用程序容器化，下一步就是將它們部署到Kubernetes上。雖然我們可以手動(dòng)創(chuàng)建服務(wù)、Ingress和網(wǎng)關(guān)，但我們可以使用Knative以在任何時(shí)候都支持我們的應(yīng)用程序。

設(shè)置應(yīng)用程序

我們將使用一個(gè)簡(jiǎn)單的TODO應(yīng)用程序來(lái)演示前端、REST API后端和MongoDB協(xié)同工作。這要?dú)w功于Prashant Shahi提出的這個(gè)例子。我做了一些小改動(dòng)，純粹是為了教學(xué)的目的：

https://github.com/prashant-shahi

首先，git clone代碼庫(kù)：

git clone https://github.com/benjamintanweihao/Flask-MongoDB-K3s-KNative-TodoApp

接下來(lái)，我們將檢查目錄，了解情況：

% cd Flask-MongoDB-K3s-KNative-TodoApp% tree

該文件夾結(jié)構(gòu)是一個(gè)典型的Flask應(yīng)用程序。Entry point是app.py，它還包含REST APIs。Templates文件夾包含了將被渲染成HTML的文件：

打開(kāi) app.py，我們可以看到所有的主要部分：

├── app.py├── requirements.txt├── static│   ├── assets│   │   ├── style.css│   │   ├── twemoji.js│   │   └── twemoji.min.js└── templates    ├── index.html    └── update.html

從上面的代碼段，您可以看到應(yīng)用程序需要MongoDB作為數(shù)據(jù)庫(kù)。使用lists()方法，您可以看到如何定義路由（即@ app.route（“/ list”））、如何從MongoDB獲取數(shù)據(jù)，以及模板是如何呈現(xiàn)的示例。

mongodb_host = os.environ.get('MONGO_HOST', 'localhost')mongodb_port = int(os.environ.get('MONGO_PORT', '27017'))client = MongoClient(mongodb_host, mongodb_port)db = client.camp2016todos = db.todo 
app = Flask(__name__)title = "TODO with Flask"
@app.route("/list")def lists ():    #Display the all Tasks    todos_l = todos.find()    a1="active"    return render_template('index.html',a1=a1,todos=todos_l,t=title,h=heading)
if __name__ == "__main__":    env = os.environ.get('APP_ENV', 'development')    port = int(os.environ.get('PORT', 5000))    debug = False if env == 'production' else True    app.run(host='0.0.0.0', port=port, debug=debug)

這里需要注意的另一件事是使用了MONGO_HOST和MONGO_PORT的環(huán)境變量和Flask相關(guān)的環(huán)境變量。其中，最重要的是debug。當(dāng)變量設(shè)置為T(mén)rue時(shí)，F(xiàn)lask服務(wù)器會(huì)在檢測(cè)到和發(fā)生更改時(shí)自動(dòng)重新加載。這在開(kāi)發(fā)過(guò)程中特別方便，也是我們要充分利用的特性。

用Docker容器開(kāi)發(fā)

在處理應(yīng)用程序時(shí)，我曾經(jīng)花費(fèi)大量時(shí)間設(shè)置環(huán)境并安裝所有依賴項(xiàng)。在那之后，我可以通過(guò)添加新功能來(lái)啟動(dòng)和運(yùn)行。然而，這僅僅描述了一個(gè)理想的場(chǎng)景，對(duì)嗎？

你有多少次回到你已經(jīng)開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序（比如六個(gè)月前），卻發(fā)現(xiàn)自己正在慢慢陷入依賴項(xiàng)地獄？依賴項(xiàng)通常是一個(gè)靈活的目標(biāo)，除非您采取措施鎖定對(duì)象，否則您的應(yīng)用程序可能無(wú)法正常工作。解決這個(gè)問(wèn)題的方法之一是將所有依賴項(xiàng)打包到Docker容器中。

Docker帶來(lái)的另一件特性是自動(dòng)化。這意味著不再需要復(fù)制和粘貼命令，也不再需要設(shè)置數(shù)據(jù)庫(kù)之類(lèi)的東西。

Docker化 Flask程序

以下是Dockerfile：

FROM alpine:3.7COPY . /appWORKDIR /app
RUN apk add --no-cache bash git nginx uwsgi uwsgi-python py2-pip \    && pip2 install --upgrade pip \    && pip2 install -r requirements.txt \    && rm -rf /var/cache/apk/*
EXPOSE 5000ENTRYPOINT ["python"]

我們從一個(gè)最小的（在大小和功能方面）基礎(chǔ)鏡像開(kāi)始。然后，應(yīng)用程序的內(nèi)容進(jìn)入容器中的/app目錄。接下來(lái)，我們執(zhí)行一系列命令來(lái)安裝Python、Nginx web server和Flask應(yīng)用程序的所有需求。這些正是在新系統(tǒng)上設(shè)置應(yīng)用程序所需的步驟。

您可以這樣構(gòu)建Docker容器：

% docker build -t <yourusername>/todo-app .

你將看到這樣如下輸出：

# ...Successfully built c650af8b7942Successfully tagged benjamintanweihao/todo-app:latest

那 MongoDB 呢？

您是否應(yīng)該經(jīng)歷為MongoDB創(chuàng)建Dockerfile的相同過(guò)程？在此之前，已經(jīng)有人做過(guò)這樣的嘗試，具體演示請(qǐng)查看案例鏈接：https://hub.docker.com/_/mongo.不過(guò)現(xiàn)在您有兩個(gè)容器，其中Flask容器依賴于MongoDB容器。

一種方法是先啟動(dòng)MongoDB容器，然后啟動(dòng)Flask容器。但是，假設(shè)您想添加緩存并決定引入Redis容器。那么啟動(dòng)每個(gè)容器的過(guò)程會(huì)很快變枯燥繁瑣。解決方案是Docker Compose，這是一個(gè)允許您定義和運(yùn)行多個(gè)Docker容器的工具，正符合我們當(dāng)前面臨的情況。

Docker Compose

以下是Docker compose文件，docker-compose.yaml：

services:  flaskapp:    build: .    image: benjamintanweihao/todo-app:latest    ports:      - 5000:5000    container_name: flask-app    environment:      - MONGO_HOST=mongo      - MONGO_PORT=27017    networks:      - todo-net    depends_on:      - mongo    volumes:      - .:/app # <---   mongo:    image: mvertes/alpine-mongo    ports:      - 27017:27017    networks:      - todo-net
networks:  todo-net:    driver: bridge

即使您不熟悉Docker Compose，這里的YAML文件也并不復(fù)雜。讓我們看一下重要的部分。

在最開(kāi)頭，這個(gè)文件定義了由flaskapp和mongo組成的服務(wù)，以及指定橋接連接的網(wǎng)絡(luò)。這將創(chuàng)建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接，以便服務(wù)中定義的容器可以相互通信。

每個(gè)服務(wù)都定義鏡像、端口映射和前面定義的網(wǎng)絡(luò)。在flaskapp中也定義了環(huán)境變量（請(qǐng)查看app.py，看看它們是否確實(shí)是相同的）。

我想提醒您注意flask應(yīng)用程序中指定的volume。我們?cè)谶@里所做的是將主機(jī)的當(dāng)前目錄（應(yīng)該是包含app.py的項(xiàng)目目錄）映射到容器的/app目錄我們?yōu)槭裁匆@樣做？回想一下，在Dockerfile中，我們將app復(fù)制到/app目錄中，如下所示：

COPY . /app

假設(shè)你想對(duì)應(yīng)用程序做一個(gè)更改。你不可能輕易改變?nèi)萜髦械腶pp.py。通過(guò)對(duì)本地目錄的映射，你基本上是在用你目錄中的本地副本覆蓋容器中的app.py。因此，假設(shè)Flask應(yīng)用程序處于調(diào)試模式（如果你在這一點(diǎn)上沒(méi)有改變?nèi)魏螙|西的話，它就是調(diào)試模式），當(dāng)你啟動(dòng)容器并做出改變時(shí)，渲染的輸出會(huì)反映出這個(gè)改變。

但是，重要的是要意識(shí)到容器中的app.py仍然是舊版本，您仍然需要記住構(gòu)建新鏡像(希望您已將CI/CD設(shè)置為自動(dòng)執(zhí)行此操作）

讓我們看看這是怎么回事。運(yùn)行以下命令：

docker-compose up

接下來(lái)你將看到：

Creating network "flask-mongodb-k3s-knative-todoapp_my-net" with driver "bridge"Creating flask-mongodb-k3s-knative-todoapp_mongo_1 ... doneCreating flask-app                                 ... doneAttaching to flask-mongodb-k3s-knative-todoapp_mongo_1, flask-app# ... more output truncatedflask-app   |  * Serving Flask app "app" (lazy loading)flask-app   |  * Environment: productionflask-app   |    WARNING: Do not use the development server in a production environment.flask-app   |    Use a production WSGI server instead.flask-app   |  * Debug mode: onflask-app   |  * Running on http://0.0.0.0:5000/ (Press CTRL+C to quit)flask-app   |  * Restarting with statmongo_1     | 2021-05-15T15:41:37.993+0000 I NETWORK  [listener] connection accepted from 172.23.0.1:48844 #2 (2 connections now open)mongo_1     | 2021-05-15T15:41:37.993+0000 I NETWORK  [conn2] received client metadata from 172.23.0.1:48844 conn2: { driver: { name: "PyMongo", version: "3.11.4" }, os: { type: "Linux", name: "", architecture: "x86_64", version: "5.8.0-53-generic" }, platform: "CPython 2.7.15.final.0" }flask-app   |  * Debugger is active!flask-app   |  * Debugger PIN: 183-021-098

現(xiàn)在開(kāi)始在瀏覽器中訪問(wèn)：http://localhost:5000

如果你看到這個(gè)，恭喜你！Flask和Mongo在一起正常工作了。您可以隨意使用應(yīng)用程序來(lái)感受它。

現(xiàn)在讓我們對(duì)應(yīng)用程序標(biāo)題中的app.py做一個(gè)小小的改動(dòng)：

index d322672..1c447ba 100644--- a/app.py+++ b/app.py-heading = "tOdO Reminder"+heading = "TODO Reminder!!!!!"

保存文件并重新加載應(yīng)用程序：

完成后，您可以輸入以下命令：

docker-compose down

將應(yīng)用程序部署到Kubernetes上

截至目前，我們已將我們的應(yīng)用程序及其支持服務(wù)（現(xiàn)在只是MongoDB）容器化。我們?nèi)绾伍_(kāi)始將我們的應(yīng)用程序部署到Kubernetes？

在此之前，讓我們安裝Kubernetes。為此，我選擇了K3s，因?yàn)樗前惭bKubernetes和啟動(dòng)和運(yùn)行的最簡(jiǎn)單方法。

% curl -sfL https://get.k3s.io | INSTALL_K3S_EXEC="server --no-deploy=traefik"  sh -s -

過(guò)一會(huì)兒，你就可以安裝 Kubernetes了:

[INFO]  Finding release for channel stable[INFO]  Using v1.20.6+k3s1 as release[INFO]  Downloading hash https://github.com/k3s-io/k3s/releases/download/v1.20.6+k3s1/sha256sum-amd64.txt# truncated ...[INFO]  systemd: Starting k3s

驗(yàn)證是否已正確設(shè)置K3s：

% kubectl get noNAME      STATUS   ROLES                  AGE     VERSIONartemis   Ready    control-plane,master   2m53s   v1.20.6+k3s1

MongoDB

有多種方法可以完成這一操作。您可以使用我們創(chuàng)建的鏡像，MongoDB operator或Helm：

helm install mongodb-release bitnami/mongodb --set architecture=standalone --set auth.enabled=false

** Please be patient while the chart is being deployed **
MongoDB(R) can be accessed on the following DNS name(s) and ports from within your cluster:
    mongodb-release.default.svc.cluster.local
To connect to your database, create a MongoDB(R) client container:
    kubectl run --namespace default mongodb-release-client --rm --tty -i --restart='Never' --env="MONGODB_ROOT_PASSWORD=$MONGODB_ROOT_PASSWORD" --image docker.io/bitnami/mongodb:4.4.6-debian-10-r0 --command -- bash
Then, run the following command:    mongo admin --host "mongodb-release"
To connect to your database from outside the cluster execute the following commands:
    kubectl port-forward --namespace default svc/mongodb-release 27017:27017 &    mongo --host 127.0.0.1

安裝Knative和Istio

在本文中，我們將使用Knative。Knative構(gòu)建在Kubernetes之上，使得開(kāi)發(fā)人員可以很容易地部署和運(yùn)行應(yīng)用程序，而不必知道Kubernetes的很多細(xì)節(jié)。

Knative由兩部分組成：Serving和Eventing。在本節(jié)中，我們將討論Serving部分。使用Knative Serving，您可以在幾秒鐘內(nèi)創(chuàng)建可彈性伸縮的、安全的和無(wú)狀態(tài)的服務(wù)，這就是我們需要對(duì)TODO應(yīng)用程序做的！在此之前，我們先安裝Knative：

以下說(shuō)明基于：

https://knative.dev/docs/install/install-serving-with-yaml/

kubectl apply -f https://github.com/knative/serving/releases/download/v0.22.0/serving-crds.yamlkubectl apply -f https://github.com/knative/serving/releases/download/v0.22.0/serving-core.yamlkubectl apply -f https://github.com/knative/net-istio/releases/download/v0.22.0/istio.yamlkubectl apply -f https://github.com/knative/net-istio/releases/download/v0.22.0/net-istio.yaml

這設(shè)置了Knative和istio。你可能想知道為什么我們需要Istio。原因是Knative需要一個(gè)Ingress Controller，使其可以執(zhí)行流量分發(fā)（例如， Todo應(yīng)用程序的版本1和版本2需要同時(shí)運(yùn)行）和自動(dòng)HTTP請(qǐng)求重試。

Istio有替代方案嗎？或許可以考慮Gloo（https://docs.solo.io/gloo-edge/master/installation/knative/）。但當(dāng)前不支持Traefik，這就是為什么我們?cè)诎惭bK3s時(shí)必須禁用它。由于Istio是默認(rèn)且最受支持的，我們將使用它。

現(xiàn)在等待所有的knative-serving 的pod運(yùn)行：

kubectl get pods --namespace knative-serving -wNAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGEcontroller-57956677cf-2rqqd         1/1     Running   0          3m39swebhook-ff79fddb7-mkcrv             1/1     Running   0          3m39sautoscaler-75895c6c95-2vv5b         1/1     Running   0          3m39sactivator-799bbf59dc-t6v8k          1/1     Running   0          3m39sistio-webhook-5f876d5c85-2hnvc      1/1     Running   0          44snetworking-istio-6bbc6b9664-shtd2   1/1     Running   0          44s

設(shè)置自定義域

默認(rèn)情況下，Knative Serving使用example.com作為默認(rèn)域。如果您按照說(shuō)明設(shè)置了K3s，則應(yīng)該安裝負(fù)載均衡器。這意味著通過(guò)一些設(shè)置，您可以使用sslip.io之類(lèi)的DNS服務(wù)創(chuàng)建自定義域。

sslip.io是一種服務(wù)，當(dāng)使用帶有嵌入式IP地址的主機(jī)名進(jìn)行查詢時(shí)，它會(huì)返回該IP地址。例如，192.168.0.1.sslip.io等URL將指向192.168.0.1。這是極好的服務(wù)，你不必去買(mǎi)你自己的域名。

繼續(xù)并應(yīng)用以下manifest：

kubectl apply -f https://storage.googleapis.com/knative-nightly/serving/latest/serving-default-domain.yaml

如果您打開(kāi) serving-default-domain. yaml，您需要在 spec 中注意到以下內(nèi)容：

# other parts truncated     spec:    serviceAccountName: controller    containers:        - name: default-doma          image: ko://knative.dev/serving/cmd/default-domain          args: ["-magic-dns=sslip.io"]

這將啟用您將在下一步中需要使用的DNS。

測(cè)試是否一切正常

下載kn二進(jìn)制文件。您可以查閱鏈接：https://knative.dev/development/client/install-kn/。一定要重命名二進(jìn)制文件 kn然后把它放在$PATH的某個(gè)地方。一旦解決了這個(gè)問(wèn)題，就繼續(xù)創(chuàng)建示例Hello World服務(wù)。我已經(jīng)將benjamintanweihao/helloworld python鏡像推送到Docker Hub：

% kn service create helloworld-python --image=docker.io/benjamintanweihao/helloworld-python --env TARGET="Python Sample v1"

這將產(chǎn)生以下輸出：

Creating service 'helloworld-python' in namespace 'default':
  0.037s The Route is still working to reflect the latest desired specification.  0.099s Configuration "helloworld-python" is waiting for a Revision to become ready. 29.277s ... 29.314s Ingress has not yet been reconciled. 29.446s Waiting for load balancer to be ready 29.605s Ready to serve.
Service 'helloworld-python' created to latest revision 'helloworld-python-00001' is available at URL:http://helloworld-python.default.192.168.86.26.sslip.io

輸入以下代碼即可列出所有命名空間中所有已部署的Knative服務(wù)：

% kn service  list -A

如果有kubectl，這就變成：

% kubectl get ksvc -A

要?jiǎng)h除服務(wù)，只需執(zhí)行以下操作：

kn service delete helloworld-python # or kubectl delete ksvc helloworld-python

如果您還沒(méi)有這樣做，請(qǐng)確保TODO應(yīng)用程序鏡像已推送到DockerHub。記住用DockerHub ID替換{username}：

% docker push {username}/todo-app:latest

推送鏡像后，可以使用kn命令創(chuàng)建TODO服務(wù)。記住用DockerHub ID替換{username}：

kn service create todo-app --image=docker.io/{username}/todo-app --env MONGO_HOST="mongodb-release.default.svc.cluster.local"

如果一切運(yùn)行順利，你將看到：

Creating service 'todo-app' in namespace 'default':
  0.022s The Route is still working to reflect the latest desired specification.  0.085s Configuration "todo-app" is waiting for a Revision to become ready.  4.586s ...  4.608s Ingress has not yet been reconciled.  4.675s Waiting for load balancer to be ready  4.974s Ready to serve.
Service 'todo-app' created to latest revision 'todo-app-00001' is available at URL:http://todo-app.default.192.168.86.26.sslip.io

現(xiàn)在訪問(wèn)http://todo-app.default.192.168.86.26.sslip.io （或者在上一個(gè)輸出的最后一行的內(nèi)容）您應(yīng)該可以看到應(yīng)用程序！現(xiàn)在我們來(lái)看看Knative為你做了什么。KNative僅需一行命令就可以為您啟動(dòng)一個(gè)服務(wù)，并且為您提供了一個(gè)可以從集群訪問(wèn)的URL。

我對(duì)Knative的了解僅僅停留于表面，但我希望這個(gè)教程可以激勵(lì)你更多地了解它！當(dāng)我開(kāi)始看Knative的時(shí)候，我不太明白它做了什么。希望這個(gè)例子能讓我們看到Knative的驚人之處和它的便利性。

結(jié) 論

在本文中，我們簡(jiǎn)要介紹了使用Python構(gòu)建的web應(yīng)用程序并需要MongoDB，并學(xué)習(xí)了如何：

使用Docker容器化TODO應(yīng)用程序
使用Docker減輕依賴項(xiàng)
使用Docker進(jìn)行開(kāi)發(fā)
使用Docker Compose打包多個(gè)容器
安裝K3s
安裝Knative（Serving）和Istio
使用Helm署MongoDB
使用Knative部署TODO應(yīng)用程序

雖然將應(yīng)用程序遷移到 Kubernetes 當(dāng)然不是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的任務(wù)，但是將應(yīng)用程序容器化通常會(huì)讓你成功一半。當(dāng)然，本文還有很多東西沒(méi)有涉及，比如安全性和可擴(kuò)展性。

K3s 是輕量級(jí)的Kubernetes發(fā)行版，可以極其輕松地使用筆記本/臺(tái)式機(jī)測(cè)試和運(yùn)行 Kubernetes 工作負(fù)載，對(duì)個(gè)人開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)十分友好。同時(shí)，也十分適合企業(yè)在邊緣端大規(guī)模部署集群。

當(dāng)我開(kāi)始研究 Knative 的時(shí)候，我并不十分理解它的作用。希望這個(gè)例子能夠幫助我們理解 Knative 的魅力及其帶來(lái)的便利。實(shí)際上，Knative 的亮點(diǎn)之一就是“在幾秒鐘之內(nèi)就能啟動(dòng)一個(gè)可擴(kuò)展的、安全的、無(wú)狀態(tài)的服務(wù)”。

我將在以后的文章中更多地介紹 Knative，并更深入地探討其核心特征。我希望你能通過(guò)這篇教程，將它們應(yīng)用到你的應(yīng)用程序中！

入門(mén)實(shí)踐丨如何在K3s上部署Web應(yīng)用程序