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在 Google Kubernetes Engine 中部署和更新 .NET Core 应用

1. 概览

Microsoft .NET Core 是 .NET 的开源和跨平台版本，可在容器中原生运行。.NET Core 可在 GitHub 上获取，由 Microsoft 和 .NET 社区维护。本实验会将一个容器化 .NET Core 应用部署到 Google Kubernetes Engine (GKE) 中。

本实验遵循典型的开发模式，即在开发者的本地环境中开发应用，然后将其部署到生产环境。在本实验的第一部分，您将使用 Cloud Shell 中运行的容器来验证一个示例 .NET Core 应用。验证后，应用会使用 GKE 部署在 Kubernetes 上。本实验包含创建 GKE 集群的步骤。

在实验的第二部分，您将对应用进行细微更改，以显示运行该应用实例的容器的主机名。然后，在 Cloud Shell 中验证更新后的应用，并更新部署以使用新版本。下图展示了本实验中的活动顺序：

演示序列图

费用

如果您完全按照说明运行此实验，则需要支付以下服务的正常费用

2. 设置和要求

前提条件

如需完成本实验，您需要一个 Google Cloud 账号和项目。如需详细了解如何创建新项目，请参阅此 Codelab。

本实验使用在 Cloud Shell 中运行的 Docker，您可以通过 Google Cloud 控制台访问 Cloud Shell，其中预配置了许多实用工具，例如 gcloud 和 Docker。下面展示了如何访问 Cloud Shell。点击右上角的 Cloud Shell 图标，在控制台窗口的底部窗格中显示 Cloud Shell。

Cloud Shell

GKE 集群的其他配置选项（可选）

本实验需要一个 Kubernetes 集群。在下一部分中，您将创建一个具有简单配置的 GKE 集群。本部分介绍了一些 gcloud 命令，这些命令提供了在使用 GKE 构建 Kubernetes 集群时可供使用的替代配置选项。例如，使用以下命令可以识别不同的机器类型、可用区，甚至 GPU（加速器）。

使用以下命令列出机器类型：gcloud compute machine-types list
使用以下命令列出 GPU：gcloud compute accelerator-types list
使用以下命令列出计算可用区：gcloud compute zones list
获取有关任何 gcloud 命令的帮助 gcloud container clusters --help
- 例如，此命令会提供有关创建 Kubernetes 集群 gcloud container clusters create --help 的详细信息

如需查看 GKE 配置选项的完整列表，请参阅此文档

准备创建 Kubernetes 集群

在 Cloud Shell 中，需要设置一些环境变量并配置 gcloud 客户端。这可以通过以下命令完成。

export PROJECT_ID=YOUR_PROJECT_ID
export DEFAULT_ZONE=us-central1-c

gcloud config set project ${PROJECT_ID}
gcloud config set compute/zone ${DEFAULT_ZONE}

创建 GKE 集群

由于本实验会将 .NET Core 应用部署到 Kubernetes 上，因此需要创建一个集群。使用以下命令，通过 GKE 在 Google Cloud 中创建新的 Kubernetes 集群。

gcloud container clusters create dotnet-cluster \
  --zone ${DEFAULT_ZONE} \
  --num-nodes=1 \
  --node-locations=${DEFAULT_ZONE},us-central1-b \
  --enable-stackdriver-kubernetes \
  --machine-type=n1-standard-1 \
  --workload-pool=${PROJECT_ID}.svc.id.goog \
  --enable-ip-alias

--num-nodes 是每个可用区要添加的节点数，稍后可以扩缩
--node-locations 是以英文逗号分隔的可用区列表。在这种情况下，系统会使用您在上述环境变量中指定的可用区和 us-central1-b
- 注意：此列表不能包含重复项
--workload-pool 建立 Workload Identity，以便 GKE 工作负载可以访问 Google Cloud 服务

在构建集群时，系统会显示以下内容

Creating cluster dotnet-cluster in us-central1-b... Cluster is being deployed...⠼

配置 kubectl

kubectl CLI 是与 Kubernetes 集群交互的主要方式。为了将其与刚刚创建的新集群搭配使用，需要将其配置为针对该集群进行身份验证。为此，请运行以下命令。

$ gcloud container clusters get-credentials dotnet-cluster --zone ${DEFAULT_ZONE}
Fetching cluster endpoint and auth data.
kubeconfig entry generated for dotnet-cluster.

现在应该可以使用 kubectl 与集群进行交互。

$ kubectl get nodes
NAME                                            STATUS   ROLES    AGE     VERSION
gke-dotnet-cluster-default-pool-02c9dcb9-fgxj   Ready    <none>   2m15s   v1.16.13-gke.401
gke-dotnet-cluster-default-pool-ed09d7b7-xdx9   Ready    <none>   2m24s   v1.16.13-gke.401

3. 在本地进行测试并确认所需功能

本实验使用 Docker Hub 上官方 .NET 代码库中的以下容器映像。

在本地运行容器以验证功能

在 Cloud Shell 中，运行以下 Docker 命令，验证 Docker 是否已启动并正常运行，以及 .NET 容器是否按预期运行：

$ docker run --rm mcr.microsoft.com/dotnet/samples

      Hello from .NET!
      __________________
                        \
                        \
                            ....
                            ....'
                            ....
                          ..........
                      .............'..'..
                  ................'..'.....
                .......'..........'..'..'....
                ........'..........'..'..'.....
              .'....'..'..........'..'.......'.
              .'..................'...   ......
              .  ......'.........         .....
              .                           ......
              ..    .            ..        ......
            ....       .                 .......
            ......  .......          ............
              ................  ......................
              ........................'................
            ......................'..'......    .......
          .........................'..'.....       .......
      ........    ..'.............'..'....      ..........
    ..'..'...      ...............'.......      ..........
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  ...........   .......              ........        ......
  .......        '...'.'.              '.'.'.'         ....
  .......       .....'..               ..'.....
    ..       ..........               ..'........
            ............               ..............
          .............               '..............
          ...........'..              .'.'............
        ...............              .'.'.............
        .............'..               ..'..'...........
        ...............                 .'..............
        .........                        ..............
          .....
  
Environment:
.NET 5.0.1-servicing.20575.16
Linux 5.4.58-07649-ge120df5deade #1 SMP PREEMPT Wed Aug 26 04:56:33 PDT 2020

确认 Web 应用功能

您还可以在 Cloud Shell 中验证示例 Web 应用。下面的 Docker run 命令会创建一个新容器，该容器会公开端口 80 并将其映射到 localhost 端口 8080。请注意，在本例中，localhost 位于 Cloud Shell 中。

$ docker run -it --rm -p 8080:80 --name aspnetcore_sample mcr.microsoft.com/dotnet/samples:aspnetapp
warn: Microsoft.AspNetCore.DataProtection.Repositories.FileSystemXmlRepository[60]
      Storing keys in a directory '/root/.aspnet/DataProtection-Keys' that may not be persisted outside of the container. Protected data will be unavailable when container is destroyed.
warn: Microsoft.AspNetCore.DataProtection.KeyManagement.XmlKeyManager[35]
      No XML encryptor configured. Key {64a3ed06-35f7-4d95-9554-8efd38f8b5d3} may be persisted to storage in unencrypted form.
info: Microsoft.Hosting.Lifetime[0]
      Now listening on: http://[::]:80
info: Microsoft.Hosting.Lifetime[0]
      Application started. Press Ctrl+C to shut down.
info: Microsoft.Hosting.Lifetime[0]
      Hosting environment: Production
info: Microsoft.Hosting.Lifetime[0]
      Content root path: /app

由于这是一个 Web 应用，因此需要在网络浏览器中查看和验证。下一部分将介绍如何在 Cloud Shell 中使用网页预览功能执行此操作。

4. 使用“网页预览”从 Cloud Shell 访问服务

Cloud Shell 提供网页预览功能，让您可以使用浏览器与 Cloud Shell 实例中运行的进程进行交互。

使用“网页预览”在 Cloud Shell 中查看应用

在 Cloud Shell 中，点击网页预览按钮，然后选择“在端口 8080 上预览”（或网页预览设置为使用的任何端口）。

Cloud Shell

系统会打开一个浏览器窗口，其中包含如下地址：

https://8080-cs-754738286554-default.us-central1.cloudshell.dev/

使用网页预览查看 .NET 示例应用

现在，您可以通过启动 Web 预览并加载提供的网址来查看上一步中启动的示例应用。输出应如下所示：

.NET 应用 V1 的屏幕截图

5. 部署到 Kubernetes

构建 YAML 文件并应用

下一步需要一个 YAML 文件，其中描述了两个 Kubernetes 资源：一个 Deployment 和一个 Service。在 Cloud Shell 中创建一个名为 dotnet-app.yaml 的文件，并向其中添加以下内容。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: dotnet-deployment
  labels:
    app: dotnetapp
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: dotnetapp
  template:
    metadata:
      labels:
        app: dotnetapp
    spec:
      containers:
      - name: dotnet
        image: mcr.microsoft.com/dotnet/samples:aspnetapp
        ports:
        - containerPort: 80
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: dotnet-service
spec:
    selector:
      app: dotnetapp
    ports:
      - protocol: TCP
        port: 8080
        targetPort: 80

现在，使用 kubectl 将此文件应用于 Kubernetes。

$ kubectl apply -f dotnet-app.yaml
deployment.apps/dotnet-deployment created
service/dotnet-service created

请注意，系统会显示消息，指明已创建所需资源。

探索生成的资源

我们可以使用 kubectl CLI 检查上面创建的资源。首先，我们来看看 Deployment 资源，确认新 Deployment 是否存在。

$ kubectl get deployment
NAME                READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
dotnet-deployment   3/3     3            3           80s

接下来，查看 ReplicaSet。上述 Deployment 应该创建了一个 ReplicaSet。

$ kubectl get replicaset
NAME                           DESIRED   CURRENT   READY   AGE
dotnet-deployment-5c9d4cc4b9   3         3         3       111s

最后，查看 Pod。Deployment 指示应有三个实例。以下命令应显示有三个实例。添加了 -o wide 选项，以便显示运行这些实例的节点。

$ kubectl get pod -o wide
NAME                                 READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP          NODE                                            NOMINATED NODE   READINESS GATES
dotnet-deployment-5c9d4cc4b9-cspqd   1/1     Running   0          2m25s   10.16.0.8   gke-dotnet-cluster-default-pool-ed09d7b7-xdx9   <none>           <none>
dotnet-deployment-5c9d4cc4b9-httw6   1/1     Running   0          2m25s   10.16.1.7   gke-dotnet-cluster-default-pool-02c9dcb9-fgxj   <none>           <none>
dotnet-deployment-5c9d4cc4b9-vvdln   1/1     Running   0          2m25s   10.16.0.7   gke-dotnet-cluster-default-pool-ed09d7b7-xdx9   <none>           <none>

查看 Service 资源

Kubernetes 中的 Service 资源是一个负载均衡器。端点由 Pod 上的标签决定。这样，通过上述 kubectl scale deployment 操作将新 Pod 添加到部署后，生成的 Pod 即可立即用于处理该 Service 的请求。

以下命令应显示 Service 资源。

$ kubectl get svc
NAME             TYPE        CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP   PORT(S)    AGE
dotnet-service   ClusterIP   10.20.9.124   <none>        8080/TCP   2m50s
...

您可以使用以下命令查看有关该 Service 的更多详细信息。

$ kubectl describe svc dotnet-service
Name:              dotnet-service
Namespace:         default
Labels:            <none>
Annotations:       <none>
Selector:          app=dotnetapp
Type:              ClusterIP
IP:                10.20.9.124
Port:              <unset>  8080/TCP
TargetPort:        80/TCP
Endpoints:         10.16.0.7:80,10.16.0.8:80,10.16.1.7:80
Session Affinity:  None
Events:            <none>

请注意，Service 的类型为 ClusterIP。这意味着集群内的任何 Pod 都可以将 Service 名称 dotnet-service 解析为其 IP 地址。发送到该服务的请求将在所有实例 (Pod) 之间进行负载均衡。上面的 Endpoints 值显示了当前可用于此服务的 Pod 的 IP。将这些 IP 与上面输出的 Pod IP 进行比较。

验证正在运行的应用

此时，应用已上线，可以处理用户请求。如需访问该网站，请使用代理。以下命令会创建一个本地代理，该代理接受端口 8080 上的请求并将其传递给 Kubernetes 集群。

$ kubectl proxy --port 8080
Starting to serve on 127.0.0.1:8080

现在，使用 Cloud Shell 中的网页预览功能访问 Web 应用。

在 Web 预览生成的网址中添加以下内容：/api/v1/namespaces/default/services/dotnet-service:8080/proxy/。最终效果大致如下：

https://8080-cs-473655782854-default.us-central1.cloudshell.dev/api/v1/namespaces/default/services/dotnet-service:8080/proxy/

恭喜！您已成功在 Google Kubernetes Engine 上部署 .NET Core 应用。接下来，我们将对应用进行更改并重新部署。

6. 修改应用

在本部分中，您将修改应用，以显示实例运行所在的主机。这样就可以确认负载均衡是否正常运行，以及可用 Pod 是否按预期响应。

获取源代码

git clone https://github.com/dotnet/dotnet-docker.git
cd dotnet-docker/samples/aspnetapp/

更新应用以包含主机名

vi aspnetapp/Pages/Index.cshtml

    <tr>
        <td>Host</td>
        <td>@Environment.MachineName</td>
    </tr>

构建新的容器映像并在本地进行测试

使用更新后的代码构建新的容器映像。

docker build --pull -t aspnetapp:alpine -f Dockerfile.alpine-x64 .

和之前一样，在本地测试新应用

$ docker run --rm -it -p 8080:80 aspnetapp:alpine
warn: Microsoft.AspNetCore.DataProtection.Repositories.FileSystemXmlRepository[60]
      Storing keys in a directory '/root/.aspnet/DataProtection-Keys' that may not be persisted outside of the container. Protected data will be unavailable when container is destroyed.
warn: Microsoft.AspNetCore.DataProtection.KeyManagement.XmlKeyManager[35]
      No XML encryptor configured. Key {f71feb13-8eae-4552-b4f2-654435fff7f8} may be persisted to storage in unencrypted form.
info: Microsoft.Hosting.Lifetime[0]
      Now listening on: http://[::]:80
info: Microsoft.Hosting.Lifetime[0]
      Application started. Press Ctrl+C to shut down.
info: Microsoft.Hosting.Lifetime[0]
      Hosting environment: Production
info: Microsoft.Hosting.Lifetime[0]
      Content root path: /app

和之前一样，您可以使用“网页预览”访问该应用。这次应该可以看到“Host”参数，如下所示：

Cloud Shell

在 Cloud Shell 中打开一个新标签页，然后运行 docker ps，查看容器 ID 是否与上面显示的主机值一致。

$ docker ps
CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND             CREATED             STATUS              PORTS                  NAMES
ab85ce11aecd        aspnetapp:alpine    "./aspnetapp"       2 minutes ago       Up 2 minutes        0.0.0.0:8080->80/tcp   relaxed_northcutt

为映像添加标记并推送映像，以便 Kubernetes 可以使用

您需要为该映像添加标记并将其推送，以便 Kubernetes 能够拉取它。首先列出容器映像，然后确定所需的映像。

$ docker image list
REPOSITORY                                         TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
aspnetapp                                          alpine              95b4267bb6d0        6 days ago          110MB

接下来，标记该映像并将其推送到 Google Container Registry。使用上面的 IMAGE ID，命令将如下所示

docker tag 95b4267bb6d0 gcr.io/${PROJECT_ID}/aspnetapp:alpine
docker push gcr.io/${PROJECT_ID}/aspnetapp:alpine

7. 重新部署更新后的应用

修改 YAML 文件

切换回 dotnet-app.yaml 文件保存到的目录。在 YAML 文件中找到以下行

        image: mcr.microsoft.com/dotnet/core/samples:aspnetapp

需要将其更改为引用上面创建并推送到 gcr.io 的容器映像。

        image: gcr.io/PROJECT_ID/aspnetapp:alpine

别忘了修改它，以便使用您的 PROJECT_ID。完成后，它应该如下所示

        image: gcr.io/myproject/aspnetapp:alpine

应用更新后的 YAML 文件

$ kubectl apply -f dotnet-app.yaml
deployment.apps/dotnet-deployment configured
service/dotnet-service unchanged

请注意，Deployment 资源显示为已更新，而 Service 资源显示为未更改。您可以使用命令 kubectl get pod 查看更新后的 Pod，但这次我们将添加 -w，它会监视所有发生的变化。

$ kubectl get pod -w
NAME                                 READY   STATUS              RESTARTS   AGE
dotnet-deployment-5c9d4cc4b9-cspqd   1/1     Running             0          34m
dotnet-deployment-5c9d4cc4b9-httw6   1/1     Running             0          34m
dotnet-deployment-5c9d4cc4b9-vvdln   1/1     Running             0          34m
dotnet-deployment-85f6446977-tmbdq   0/1     ContainerCreating   0          4s
dotnet-deployment-85f6446977-tmbdq   1/1     Running             0          5s
dotnet-deployment-5c9d4cc4b9-vvdln   1/1     Terminating         0          34m
dotnet-deployment-85f6446977-lcc58   0/1     Pending             0          0s
dotnet-deployment-85f6446977-lcc58   0/1     Pending             0          0s
dotnet-deployment-85f6446977-lcc58   0/1     ContainerCreating   0          0s
dotnet-deployment-5c9d4cc4b9-vvdln   0/1     Terminating         0          34m
dotnet-deployment-85f6446977-lcc58   1/1     Running             0          6s
dotnet-deployment-5c9d4cc4b9-cspqd   1/1     Terminating         0          34m
dotnet-deployment-85f6446977-hw24v   0/1     Pending             0          0s
dotnet-deployment-85f6446977-hw24v   0/1     Pending             0          0s
dotnet-deployment-5c9d4cc4b9-cspqd   0/1     Terminating         0          34m
dotnet-deployment-5c9d4cc4b9-vvdln   0/1     Terminating         0          34m
dotnet-deployment-5c9d4cc4b9-vvdln   0/1     Terminating         0          34m
dotnet-deployment-85f6446977-hw24v   0/1     Pending             0          2s
dotnet-deployment-85f6446977-hw24v   0/1     ContainerCreating   0          2s
dotnet-deployment-5c9d4cc4b9-cspqd   0/1     Terminating         0          34m
dotnet-deployment-5c9d4cc4b9-cspqd   0/1     Terminating         0          34m
dotnet-deployment-85f6446977-hw24v   1/1     Running             0          3s
dotnet-deployment-5c9d4cc4b9-httw6   1/1     Terminating         0          34m
dotnet-deployment-5c9d4cc4b9-httw6   0/1     Terminating         0          34m

上述输出显示了滚动更新的执行过程。首先，系统会启动新容器，当新容器运行后，旧容器会被终止。

验证正在运行的应用

此时，应用已更新，可以处理用户请求。和以前一样，您可以使用代理访问该服务。

$ kubectl proxy --port 8080
Starting to serve on 127.0.0.1:8080

现在，使用 Cloud Shell 中的网页预览功能访问 Web 应用。

在 Web 预览生成的网址中添加以下内容：/api/v1/namespaces/default/services/dotnet-service:8080/proxy/。最终效果大致如下：

https://8080-cs-473655782854-default.us-central1.cloudshell.dev/api/v1/namespaces/default/services/dotnet-service:8080/proxy/

确认 Kubernetes Service 正在分配负载

多次刷新此网址，您会发现主机发生了变化，因为 Service 会在不同的 Pod 之间对请求进行负载均衡。将 Host 值与上面的 Pod 列表进行比较，可以看到所有 Pod 都在接收流量。

纵向扩容实例

在 Kubernetes 中扩缩应用非常简单。以下命令会将 Deployment 扩容到 6 个应用实例。

$ kubectl scale deployment dotnet-deployment --replicas 6
deployment.apps/dotnet-deployment scaled

您可以使用以下命令查看新 Pod 及其当前状态

kubectl get pod -w

请注意，刷新同一浏览器窗口后，流量现在会在所有新 Pod 之间进行均衡。

8. 恭喜！

在本实验中，您在开发环境中验证了一个 .NET Core 示例 Web 应用，随后使用 GKE 将其部署到了 Kubernetes。然后，我们修改了该应用，使其显示运行该应用的容器的主机名。然后，Kubernetes 部署更新到了新版本，应用也进行了扩容，以演示负载如何在更多实例之间分配。

如需详细了解 .NET 和 Kubernetes，请参阅以下教程。这些实验以本实验所学内容为基础，介绍了 Istio 服务网格，以实现更复杂的路由和弹性模式。

9. 清理

为避免产生不必要的费用，请使用以下命令删除在本实验中创建的集群和容器映像。

gcloud container clusters delete dotnet-cluster --zone ${DEFAULT_ZONE}
gcloud container images delete gcr.io/${PROJECT_ID}/aspnetapp:alpine