透過 Istio 將 ASP.NET Core 應用程式部署至 Google Kubernetes Engine (第 1 部分)

1. 總覽

ASP.NET Core 是開放原始碼的跨平台架構，可使用 C# 程式設計語言建構現代化雲端和網際網路連線的應用程式。

Kubernetes 是開放原始碼系統，可自動部署、調度資源及管理容器化應用程式。Istio 是可用於連結、保護、管理及監控服務的開放式架構。

在研究室的第一部分，您會將簡單的 ASP.NET Core 應用程式部署至在 Google Kubernetes Engine (GKE) 上執行的 Kubernetes，並將其設為由 Istio 代管。

在研究室的第二部分，您將進一步探索 Istio 的功能，例如指標、追蹤、動態流量管理和容錯植入等。

課程內容

• 如何在 Docker 容器中建立及封裝簡易的 ASP.NET Core 應用程式。
• 瞭解如何使用 Google Kubernetes Engine (GKE) 建立 Kubernetes 叢集。
• 如何在 GKE 的 Kubernetes 叢集中安裝 Istio。
• 如何部署 ASP.NET Core 應用程式並設定其流量，讓 Istio 管理。

軟硬體需求

• 瀏覽器，例如 Chrome 或 Firefox

您會如何使用這個教學課程？

僅供閱讀 閱讀並完成練習

您對 Google Cloud Platform 的使用感想為何？

新手 中級 還算容易

2. 設定和需求

自修環境設定

1. 登入 Cloud 控制台建立新專案，或是重複使用現有專案。如果您還沒有 Gmail 或 Google Workspace 帳戶，請先建立帳戶。

注意：只要記住網址 (即 console.cloud.google.com)，即可輕鬆存取 Cloud 控制台。

提醒您，專案 ID 是所有 Google Cloud 專案的專屬名稱 (已經有人使用上述名稱，很抱歉對您不符！)。稍後在本程式碼研究室中會稱為 PROJECT_ID。

注意：如果您使用 Gmail 帳戶，請保留預設位置的「無機構」。如果您使用的是 Google Workspace 帳戶，請選擇適合貴機構的位置。

2. 接下來，您需要在 Cloud 控制台中啟用計費功能，才能使用 Google Cloud 資源。

執行這個程式碼研究室並不會產生任何費用，如果有的話。請務必依照「清除所用資源」一節指示本節將說明如何關閉資源，這樣您就不會產生本教學課程結束後產生的費用。Google Cloud 的新使用者符合 $300 美元免費試用計畫的資格。

啟動 Cloud Shell

雖然 Google Cloud 可以從筆記型電腦遠端操作，但在本程式碼研究室中，您將使用 Google Cloud Shell，這是一種在 Google Cloud 中執行的指令列環境。

啟用 Cloud Shell

1. 在 Cloud 控制台中，按一下「啟用 Cloud Shell」圖示 。

如果您先前從未啟動 Cloud Shell，您會看見中繼畫面 (需捲動位置)，說明螢幕內容。如果出現這種情況，請按一下「繼續」 (之後不會再顯示)。以下是單次畫面的外觀：

佈建並連線至 Cloud Shell 只需幾分鐘的時間。

這個虛擬機器搭載您需要的所有開發工具。提供永久的 5 GB 主目錄，而且在 Google Cloud 中運作，大幅提高網路效能和驗證能力。在本程式碼研究室中，您的大部分作業都可以透過瀏覽器或 Chromebook 完成。

連線至 Cloud Shell 後，您應會發現自己通過驗證，且專案已設為您的專案 ID。

2. 在 Cloud Shell 中執行下列指令，確認您已通過驗證：

gcloud auth list

指令輸出

 Credentialed Accounts
ACTIVE  ACCOUNT
*       <my_account>@<my_domain.com>

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

注意：gcloud 指令列工具是 Google Cloud 中功能強大的整合式指令列工具。已預先安裝於 Cloud Shell 中。您會發現系統支援分頁完成功能。如要瞭解詳情，請參閱 gcloud 指令列工具總覽。

3. 在 Cloud Shell 中執行下列指令，確認 gcloud 指令知道您的專案：

gcloud config list project

指令輸出

[core]
project = <PROJECT_ID>

如果尚未設定，請使用下列指令進行設定：

gcloud config set project <PROJECT_ID>

指令輸出

Updated property [core/project].

3. 在 Cloud Shell 建立 ASP.NET Core 應用程式

您可以透過 Cloud Shell 提示查看版本，確認是否已安裝 dotnet 指令列工具。這樣應該就會顯示已安裝的 dotnet 指令列工具版本：

dotnet --version

接著，建立新的 ASP.NET Core 網頁應用程式基本架構。

dotnet new mvc -o HelloWorldAspNetCore

這應該會建立專案並還原依附元件。顯示的訊息應如下所示。

Restore completed in 11.44 sec for HelloWorldAspNetCore.csproj.

Restore succeeded.

4. 執行 ASP.NET Core 應用程式

應用程式即將可以執行完畢。前往應用程式資料夾。

cd HelloWorldAspNetCore

最後，執行應用程式。

dotnet run --urls=http://localhost:8080

應用程式會開始監聽通訊埠 8080。

Hosting environment: Production
Content root path: /home/atameldev/HelloWorldAspNetCore
Now listening on: http://[::]:8080
Application started. Press Ctrl+C to shut down.

如要確認應用程式是否順利執行，請點選右上方的網頁預覽按鈕，然後選取「透過以下通訊埠預覽：8080」。

您會看到預設的 ASP.NET Core 網頁：

確認應用程式正在執行後，按下 Ctrl+C 鍵即可關閉應用程式。

5. 將 ASP.NET Core 應用程式封裝至 Docker 容器中

接下來，請準備讓應用程式以容器形式執行。第一步是定義容器及其內容。

在應用程式的基本目錄中，建立 Dockerfile 來定義 Docker 映像檔。

touch Dockerfile

使用您偏好的編輯器 (vim, nano,emacs 或 Cloud Shell 的程式碼編輯器) 將以下內容新增至 Dockerfile。

# Use Microsoft's official build .NET image.
# https://hub.docker.com/_/microsoft-dotnet-core-sdk/
FROM mcr.microsoft.com/dotnet/sdk:5.0-alpine AS build
WORKDIR /app

# Install production dependencies.
# Copy csproj and restore as distinct layers.
COPY *.csproj ./
RUN dotnet restore

# Copy local code to the container image.
COPY . ./
WORKDIR /app

# Build a release artifact.
RUN dotnet publish -c Release -o out

# Use Microsoft's official runtime .NET image.
# https://hub.docker.com/_/microsoft-dotnet-core-aspnet/
FROM mcr.microsoft.com/dotnet/aspnet:5.0-alpine AS runtime
WORKDIR /app
COPY --from=build /app/out ./

# Make sure the app binds to port 8080
ENV ASPNETCORE_URLS http://*:8080

# Run the web service on container startup.
ENTRYPOINT ["dotnet", "HelloWorldAspNetCore.dll"]

Dockerfile 中有一項重要的設定，就是應用程式要監聽連入流量的通訊埠 (8080)。方法是設定 ASPNETCORE_URLS 環境變數，ASP.NET Core 應用程式會使用該變數判斷要監聽的通訊埠。

儲存這個Dockerfile。現在，要建構映像檔：

docker build -t gcr.io/${GOOGLE_CLOUD_PROJECT}/hello-dotnet:v1 .

完成後 (請花一些時間下載並擷取所有內容)，您就可以看到系統在本機建立並儲存圖片：

docker images

REPOSITORY                             TAG   
gcr.io/yourproject-XXXX/hello-dotnet   v1            

使用下列指令在本機測試映像檔，會從新建立的容器映像檔，在本機的通訊埠 8080 執行 Docker 容器：

docker run -p 8080:8080 gcr.io/${GOOGLE_CLOUD_PROJECT}/hello-dotnet:v1

也可以再次利用 CloudShell 的網頁預覽功能：

您應該會在新分頁中看到預設的 ASP.NET Core 網頁。

確認應用程式在 Docker 容器中正常執行後，即可在 Ctrl-> C 前停止執行中的容器。

映像檔現已如預期運作，您可以將其推送至 Google Container Registry，這是 Docker 映像檔的私人存放區，可從每個 Google Cloud 專案存取 (但也可從 Google Cloud Platform 外部存取)：

docker push gcr.io/${GOOGLE_CLOUD_PROJECT}/hello-dotnet:v1

如果一切順利，一段時間後，您應該就能在 Container Registry 區段中看到容器映像檔。此時，您已取得適用於專案層級的 Docker 映像檔，請稍待幾分鐘，Kubernetes 可以用來存取及自動化調度管理。

請注意，雖然我們在這裡使用的是註冊資料庫的一般網域 (gcr.io)，但您也可以更具體地說明要使用哪個區域和值區。詳情請參閱：https://cloud.google.com/container-registry/docs/#pushing_to_the_registry

如果想瀏覽儲存在 Google Cloud Storage 中的容器映像檔，請點選以下連結：https://console.cloud.google.com/storage/browser/ (完整的圖片連結格式如下：https://console.cloud.google.com/project/PROJECT_ID/storage/browser/)。

6. 使用 Istio 建立 Kubernetes/GKE 叢集

首先，請確認您已啟用 Kubernetes Engine API：

gcloud services enable container.googleapis.com

建立 Kubernetes 叢集。您可以視需要將區域變更為離您更近的地點：

gcloud container clusters create hello-istio \
  --cluster-version=latest \
  --machine-type=n1-standard-2 \
  --num-nodes=4 \
  --region europe-west1

正在為您設定叢集，請稍候片刻。這個名稱會顯示在 Google Cloud Platform 控制台的 Kubernetes Engine 區段中。

在本程式碼研究室中，我們會從 istio.io 下載並安裝 Istio。您也可以採用其他安裝選項，包括 GKE 適用的 Istio 外掛程式和 Anthos 服務網格。完成上述步驟後的應用程式步驟將適用於所有安裝的 Istio。

首先，請下載 Istio 用戶端和範例。Istio 版本頁面提供多個 OS 的下載構件。在本範例中，我們可以使用便利的指令下載和擷取目前平台的最新版本：

curl -L https://istio.io/downloadIstio | sh -

指令碼會顯示已下載的 Istio 版本：

Istio has been successfully downloaded into the istio-1.8.1 folder on your system.

安裝目錄包含範例應用程式和 istioctl 用戶端二進位檔。請變更為該目錄：

cd istio-1.8.1

複製及貼上提供的指令，將 bin 目錄新增至 PATH，即可使用 istioctl：

export PATH="$PATH:/home/<YOURHOMEID>/istio-1.8.1/bin"

檢查叢集是否可用於 Istio，確認 istioctl 可以使用：

istioctl x precheck

您應該會看到顯示「Install Pre-Check passed! The cluster is ready for Istio installation.」的訊息

使用示範設定檔安裝 Istio：

istioctl install --set profile=demo

您的叢集現已安裝 Istio。

自動插入補充資訊

如要開始使用 Istio，您無須對應用程式進行任何變更。當您設定並執行服務時，系統會自動將 Envoy 補充資訊插入服務的各個 Pod。

為此，您必須針對微服務使用的命名空間 (「預設」) 啟用補充插入功能。您只要套用標籤即可：

kubectl label namespace default istio-injection=enabled

如要確認標籤是否已成功套用，請執行下列指令：

kubectl get namespace -L istio-injection

輸出結果會確認預設命名空間已啟用補充插入功能：

NAME              STATUS   AGE    ISTIO-INJECTION
default           Active   3m     enabled
istio-system      Active   63s    disabled
...

7. 驗證安裝

Istio 提供三種服務：istiod 控制層，以及輸入和輸出閘道 (可視為「網際網路其餘部分的邊車 Proxy」)，分別命名為 istio-ingressgateway 和 istio-egressgateway。

kubectl get svc -n istio-system

輸出內容應如下所示：

NAME                   TYPE           CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP                                                                     AGE
istio-egressgateway    ClusterIP      10.55.252.182   <none>
istio-ingressgateway   LoadBalancer   10.55.250.185   35.233.118.42
istiod                 ClusterIP      10.55.253.217   <none>

Ingress Gateway 屬於 LoadBalancer 類型，可透過網際網路存取。其餘的只需從叢集內部存取

接著，請確認已部署對應的 Kubernetes Pod，且所有容器都已正常執行：

kubectl get pods -n istio-system

所有 Pod 都執行完畢後，即可繼續操作。

NAME                                    READY   STATUS
istio-egressgateway-674988f895-m6tk4    1/1     Running
istio-ingressgateway-6996f7dcc8-7lvm2   1/1     Running
istiod-6bf5fc8b64-j79hj                 1/1     Running

• istiod：Istio 控制層。處理 Proxy 補充資訊、服務探索、憑證發布和補充資訊插入的設定和程式設計
• ingress gateway：處理來自叢集外部的傳入要求。
• egress gateway:處理向叢集外端點發出的傳出要求。

8. 部署應用程式

您已確認已安裝並執行 Istio，現在可以部署 ASP.NET Core 應用程式。

部署和服務

首先，使用您慣用的編輯器 (vim, nano,emacs 或 Cloud Shell 的程式碼編輯器) 建立 aspnetcore.yaml 檔案，然後定義應用程式的 Kubernetes Deployment 和 Service：

請務必將 YOUR-PROJECT-ID 替換為您的專案 ID

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: aspnetcore-service
  labels:
    app: aspnetcore
spec:
  ports:
  - port: 8080
    name: http
  selector:
    app: aspnetcore
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: aspnetcore-v1
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: aspnetcore
      version: v1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: aspnetcore
        version: v1
    spec:
      containers:
      - name: aspnetcore
        image: gcr.io/YOUR-PROJECT-ID/hello-dotnet:v1
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        ports:
        - containerPort: 8080

檔案內容是部署應用程式的標準 Deployment 和 Service，不含任何 Istio 特定的內容。

使用 kubectl 將服務部署至預設命名空間：

kubectl apply -f aspnetcore.yaml

service "aspnetcore-service" created
deployment.extensions "aspnetcore-v1" created

確認 Pod 正在執行：

kubectl get pods

NAME                          READY     STATUS    RESTARTS   AGE
aspnetcore-v1-6cf64748-mddb   2/2       Running   0          34s

您注意到每個 Pod 都含有兩個容器嗎？這些是應用程式容器和 Istio Proxy 補充資訊容器。Pod 啟動時會自動插入 Proxy。

Gateway 和 VirtualService

如要允許輸入流量進入網格，您必須建立 Gateway 和 VirtualService。

閘道會設定 HTTP/TCP 流量的負載平衡器，通常在網格邊緣運作，為應用程式啟用輸入流量。VirtualService 定義的規則會控管服務要求在 Istio 服務網格中的轉送方式，

建立 aspnetcore-gateway.yaml 檔案來定義閘道：

apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: Gateway
metadata:
  name: aspnetcore-gateway
spec:
  selector:
    istio: ingressgateway # use istio default controller
  servers:
  - port:
      number: 80
      name: http
      protocol: HTTP
    hosts:
    - "*"

建立 aspnetcore-virtualservice.yaml 檔案來定義 VirtualService：

apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: VirtualService
metadata:
  name: aspnetcore-virtualservice
spec:
  hosts:
  - "*"
  gateways:
  - aspnetcore-gateway
  http:
  - route:
    - destination:
        host: aspnetcore-service

使用下列指令執行 kubectl 指令來部署閘道：

kubectl apply -f aspnetcore-gateway.yaml

這個指令會產生下列輸出內容：

gateway.networking.istio.io "aspnetcore-gateway" created

接下來，請執行下列指令來部署 VirtualService：

kubectl apply -f aspnetcore-virtualservice.yaml

這個指令會產生下列輸出內容：

virtualservice.networking.istio.io "aspnetcore-virtualservice" created

確認一切運作正常：

kubectl get gateway

NAME                      AGE
aspnetcore-gateway   28s

kubectl get virtualservice

NAME                             AGE
aspnetcore-virtualservice   33s

恭喜！您剛剛部署了支援 Istio 的應用程式。接下來，您會看到使用中的應用程式。

9. 測試應用程式

最終，您可以查看應用程式實際運作情形。您必須取得閘道的外部 IP 和通訊埠。SDK 列在 EXTERNAL-IP 中：

kubectl get svc istio-ingressgateway -n istio-system

將外部 IP 和通訊埠匯出為 GATEWAY_URL 變數：

export INGRESS_HOST=$(kubectl -n istio-system get service istio-ingressgateway -o jsonpath='{.status.loadBalancer.ingress[0].ip}')

export INGRESS_PORT=$(kubectl -n istio-system get service istio-ingressgateway -o jsonpath='{.spec.ports[?(@.name=="http2")].port}')

export GATEWAY_URL=$INGRESS_HOST:$INGRESS_PORT

使用 curl 測試應用程式。服務應以 200 的回應代碼回應：

curl -o /dev/null -s -w "%{http_code}\n" http://${GATEWAY_URL}/

或者，您也可以開啟瀏覽器，前往 http://<gatewayurl> 查看應用程式：

10. 恭喜！

您剛剛將簡易的 ASP.NET Core 應用程式部署至在 Google Kubernetes Engine (GKE) 上執行的 Kubernetes，並設定為由 Istio 代管。

您可能會想「Istio 有哪些優點？」。好問題！到目前為止，由 Istio 管理這個應用程式沒有好處。在研究室的第二部分，我們會進一步探索 Istio 的功能，例如指標、追蹤、動態流量管理、服務視覺化和錯誤植入。

後續步驟

• 使用 Istio 將 ASP.NET Core 應用程式部署至 GKE (第 2 部分)。
• 進一步瞭解 Istio。
• 進一步瞭解 Kubernetes。
• 進一步瞭解 Google Kubernetes Engine。
• 進一步瞭解 Google Cloud Platform 上的 .NET。

授權

這項內容採用的是創用 CC 姓名標示 2.0 通用授權。

11. 清除

如果您未進入研究室的第二部分，可以刪除應用程式並解除安裝 Istio，或是直接刪除 Kubernetes 叢集。

刪除應用程式

如要刪除該應用程式：

kubectl delete -f aspnetcore-gateway.yaml
Kubectl delete -f aspnetcore-virtualservice.yaml
kubectl delete -f aspnetcore.yaml

如何確認應用程式已消失：

kubectl get gateway 
kubectl get virtualservices 
kubectl get pods

解除安裝 Istio

如要刪除 Istio：

kubectl delete -f install/kubernetes/istio-demo-auth.yaml

如要確認 Istio 是否已消失，請按照下列步驟操作：

kubectl get pods -n istio-system

刪除 Kubernetes 叢集

gcloud container clusters delete hello-istio