ASP.NET Core 借助 K8S 玩转容器编排
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
由于最近在學習微服務，所以就基于之前docker的基礎上把玩一下k8s（Kubernetes），以了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核心概念快速了解。 下面這張圖包含了k8s了核心組成模塊：
這里就簡單羅列以下：
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：用來創建和復制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：用來托管應用程序實例，包含：
Container：運行的容器
Volume：共享存儲 (卷)
IP Address：IP 地址
Labels：標簽，用于給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；第二種就是基于Docker For Windows 中集成的k8s進行玩耍；第三種就是安裝 MiniKube搗鼓。這里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后就直接放棄了，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！希望下面的步驟助你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。 因為那道墻，在Docker For Windows Client中啟用Kubernetes，并沒有想象的那么順利。最后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：
為 Docker daemon 配置 Docker Hub 的中國官方鏡像加速?https://registry.docker-cn.com
git clone https://github.com/AliyunContainerService/k8s-for-docker-desktop.git
cd k8s-for-docker-desktop
git checkout v2.0.0.2?（這一步很重要！！！）
Powell shell執行?./load_images.ps1
Enable Kubernetes
執行?kubectl cluster-info，輸出以下，表示正常啟動。
Kubernetes master is running at https://localhost:6445
KubeDNS is running at https://localhost:6445/api/v1/namespaces/kube-system/services/kube-dns:dns/proxy
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：
public class HomeController : Controller {
public IActionResult Index () {
var hostname = Dns.GetHostName ();
ViewBag.HostName = hostname;
ViewBag.HostIp = Dns.GetHostAddresses (hostname).FirstOrDefault (ip => ip.AddressFamily == AddressFamily.InterNetwork);
return View ();
}
public IActionResult Privacy () {
return View ();
}
public IActionResult CheckHealth () {
if (new Random ().Next (100) > 50) {
return Ok ("OK");
} else {
return BadRequest ();
}
}
[ResponseCache (Duration = 0, Location = ResponseCacheLocation.None, NoStore = true)]
public IActionResult Error () {
return View (new ErrorViewModel { RequestId = Activity.Current?.Id ?? HttpContext.TraceIdentifier });
}
}
修改 Index.cshtml如下：
@{
ViewData["Title"] = "Home Page";
}
<div class="text-center">
<h1 class="display-4">Welcome</h1>
<h1>Host Name：@ViewBag.HostName</h1>
<h1>Host IP：@ViewBag.HostIp</h1>
<p>Learn about <a href="https://docs.microsoft.com/aspnet/core">building Web apps with ASP.NET Core</a>.</p>
</div>
2：然后添加 Dockerfile:
FROM microsoft/dotnet:sdk AS build-env
WORKDIR /app
# Copy csproj and restore as distinct layers
COPY *.csproj ./
RUN dotnet restore
# Copy everything else and build
COPY . ./
RUN dotnet publish -c Release -o out
# Build runtime image
FROM microsoft/dotnet:aspnetcore-runtime
WORKDIR /app
COPY --from=build-env /app/out .
ENTRYPOINT ["dotnet", "K8s.NET.Demo.dll"]
3：然后執行 docker build-t k8s.net.demo.構造鏡像，構造成功后執行 docker images即可查看到名為 k8s.net.demo的鏡像。
4.2. 創建 pod 描述文件
添加 k8s-web-pod.yaml文件如下：
apiVersion: v1
kind: Pod # 定義Kubernetes資源的類型為Pod
metadata:
name: k8s-net-pod # 定義資源的名稱
labels: # 為Pod貼上標簽，后面會介紹其用處
app: k8s-net-pod
spec: # 定義資源的狀態，對于Pod來說，最重要屬性就是containers
containers: # containers一個數組類型，如果你希望部署多個容器，可以添加多項
- name: web # 定義本Pod中該容器的名稱
image: k8s.net.demo # 定義Pod啟動的容器鏡像地址
imagePullPolicy: IfNotPresent # k8s默認值為Always，總是從遠端拉取鏡像，通過設置IfNotPresent或Never來使用本地鏡像
ports:
- containerPort: 80 # 定義容器監聽的端口（與Dockerfile中的EXPOSE類似，只是為了提供文檔信息）
livenessProbe: # 存活探針定義
httpGet:
path: /Home/CheckHealth # 存活探針請求路徑
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：
$ kubectl create -f k8s-web-pod.yaml
pod "k8s-web-pod.yaml" created
$ kubectl get pod
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
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。
$ kubectl port-forward k8s-net-pod 8090:80
Forwarding from 127.0.0.1:8090 -> 80
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 運行一個容器有什么區別呢？并沒有看到k8s強大在哪里啊？！ 別急，你現在再執行一次 kubectlgetpod，我來告訴你答案。
$ kubectl get po
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
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文件中指定 livenessProbe節點即可。（PS：/home/checkhealth 使用隨機數來模擬容器應用運行狀態，當隨機數小于50，就返回BadRequest。）
而這，只是k8s的冰山一角。
5. 運行第一個 Service
Pod運行于集群內部，雖然使用 kubect port-forward可以映射端口在本機訪問，但對于外部依舊無法訪問，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實例暴露出去。
$ kubectl expose pod k8s-net-pod --name k8s-net-service --type=NodePort
service "k8s-net-service" exposed
$ kubectl get service
NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
k8s-net-service NodePort 10.98.62.192 <none> 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 描述文件創建
另外一種方式就是創建描述文件來創建了，添加 k8s-net-service.yaml文件：
apiVersion: v1
kind: Service # 定義Kubernetes資源的類型為Service
metadata:
name: k8s-net-service # 定義資源的名稱
spec:
selector: # 指定對應的Pod
app: k8s-net-pod # 指定Pod的標簽為k8s-net-pod
ports:
- protocol: TCP # 協議類型
port: 80 # 指定Service訪問的端口
targetPort: 80 # 指定Service轉發請求的端口
nodePort: 30000
type: NodePort # 指定Service的類型，在這里使用NodePort來對外訪問
執行 kubectl create-f k8s-net-service.yaml來創建service。
$ kubectl create -f k8s-net-service.yaml
service "k8s-net-service" created
$ kubectl get service
NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
k8s-net-service NodePort 10.98.62.192 <none> 80:30942/TCP 23m
k8s-net-service NodePort 10.97.110.150 <none> 80:30000/TCP 34s
kubernetes ClusterIP 10.96.0.1 <none> 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 ReplicaSet或 Deployment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 描述文件 k8s-net-replicaset.yaml：
apiVersion: apps/v1beta2 # rs 的版本號為apps/v1beta2
kind: ReplicaSet # 定義Kubernetes資源的類型為ReplicaSet
metadata:
name: k8s-net-replicaset # 定義資源的名稱
spec:
replicas: 3 # 指定pod實例的個數
selector: # pod選擇器
matchLabels: # 指定匹配的標簽
app: k8s-net-pod # 指定Pod的標簽為k8s-net-pod
template: # 創建新的pod模板配置
metadata:
labels:
app: k8s-net-pod # 指定使用哪個pod
spec:
containers:
- name: k8s-net-replicaset
image: k8s.net.demo # 指定使用的鏡像
imagePullPolicy: IfNotPresent # k8s默認值為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，并觀察自動創建的pod實例。
$ kubectl create -f k8s-net-replicaset.yaml
replicaset.apps "k8s-net-replicaset" created
$ kubectl get rs
NAME DESIRED CURRENT READY AGE
k8s-net-replicaset 3 3 3 8s
$ kubectl get pod
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
k8s-net-pod 1/1 Running 61 12h
k8s-net-replicaset-bxw9c 1/1 Running 0 35s
k8s-net-replicaset-k6kf7 1/1 Running 0 35s
$ kubectl delete po k8s-net-replicaset-bxw9c
pod "k8s-net-replicaset-bxw9c" deleted
$ kubectl get po
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
k8s-net-pod 1/1 Running 61 12h
k8s-net-replicaset-bxw9c 0/1 Terminating 0 2m
k8s-net-replicaset-k6kf7 1/1 Running 0 2m
k8s-net-replicaset-xvb9l 1/1 Running 0 6s
從上面看到， k8s-net-replicaset以 k8s-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后，再次查看pod列表，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，看看實際運行是什么效果吧。依次執行以下命令：
$ kubectl expose replicaset k8s-net-replicaset --type=LoadBalancer --port=8091 --target-port=80 --name k8s-net-rs
-service
service "k8s-net-rs-service" exposed
$ kubectl get service
NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
k8s-net-rs-service LoadBalancer 10.99.134.237 localhost 8091:32641/TCP 8s
k8s-net-service NodePort 10.104.21.80 <none> 80:30000/TCP 12h
kubernetes ClusterIP 10.96.0.1 <none> 443/TCP 12h
然后瀏覽器訪問http://localhost:8091/，嘗試多次刷新瀏覽器，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個實例任然無法有效支撐，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。
$ kubectl get pod
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
k8s-net-replicaset-g4n6g 1/1 Running 0 13m
k8s-net-replicaset-lkrf7 1/1 Running 0 13m
k8s-net-replicaset-tf992 1/1 Running 0 13m
$ kubectl scale replicaset k8s-net-replicaset --replicas=6
replicaset.extensions "k8s-net-replicaset" scaled
$ kubectl get pod
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
k8s-net-replicaset-cz2bs 0/1 ContainerCreating 0 3s
k8s-net-replicaset-g4n6g 1/1 Running 0 13m
k8s-net-replicaset-lkrf7 1/1 Running 0 13m
k8s-net-replicaset-pjl9m 0/1 ContainerCreating 0 3s
k8s-net-replicaset-qpn2l 0/1 ContainerCreating 0 3s
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實例到6個，是不是很簡單？！
你可能又問了，我現在訪問高峰過了，我怎么快速縮放應用呢？啊，和上面一樣的，你把 --replicas參數改小點就是了，就像這樣 kubectl scale replicaset k8s-net-replicaset--replicas=3。
7. 最后
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。
由于篇幅有限，筆者也是初玩，k8s的很多功能并未一一羅列，那就留著下次分享吧。 如果要問我，k8s有什么好書推薦，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
總結
以上是生活随笔為你收集整理的ASP.NET Core 借助 K8S 玩转容器编排的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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