在 Google Kubernetes Engine 中部署及更新 .NET Core 應用程式

1. 總覽

Microsoft .NET Core 是 .NET 的開放原始碼跨平台版本，可在容器中以原生方式執行。.NET Core 可在 GitHub 上取得，並由 Microsoft 和 .NET 社群維護。本實驗室會將容器化的 .NET Core 應用程式部署至 Google Kubernetes Engine (GKE)。

本實驗室遵循典型的開發模式，也就是在開發人員的本機環境中開發應用程式，然後部署至正式環境。在本實驗室的第一部分，您會使用 Cloud Shell 中執行的容器，驗證 .NET Core 範例應用程式。驗證完成後，應用程式就會使用 GKE 部署至 Kubernetes。本實驗室包含建立 GKE 叢集的步驟。

在本實驗室的第二部分，我們會對應用程式進行小幅變更，顯示執行該應用程式例項的容器主機名稱。接著，在 Cloud Shell 中驗證更新後的應用程式，並更新部署項目以使用新版本。下圖說明本實驗室的活動順序：

費用

如果您完全按照本實驗室的內容操作，系統會收取下列服務的一般費用

• Google Kubernetes Engine 定價
• Google Container Registry 價格

2. 設定和需求

必要條件

如要完成本實驗室，請務必備妥 Google Cloud 帳戶和專案。如需建立新專案的詳細操作說明，請參閱這個程式碼研究室。

本實驗室會使用 Cloud Shell 中執行的 Docker，您可以透過 Google Cloud 控制台存取 Cloud Shell，其中已預先設定許多實用工具，例如 gcloud 和 Docker。存取 Cloud Shell 的方式如下。按一下右上角的 Cloud Shell 圖示，即可在控制台視窗的底部窗格中顯示 Cloud Shell。

GKE 叢集的替代設定選項 (選用)

本實驗室需要 Kubernetes 叢集。在下一節中，我們將建立具有簡單設定的 GKE 叢集。本節列出一些 gcloud 指令，提供使用 GKE 建構 Kubernetes 叢集時可用的替代設定選項。舉例來說，您可以使用下列指令識別不同的機器類型、可用區，甚至是 GPU (加速器)。

• 使用 gcloud compute machine-types list 指令列出機器類型
• 使用下列指令列出 GPU gcloud compute accelerator-types list
• 使用這個指令列出運算可用區：gcloud compute zones list
• 取得任何 gcloud 指令的說明 gcloud container clusters --help
  • 舉例來說，這會提供建立 Kubernetes 叢集的詳細資料 gcloud container clusters create --help

如需 GKE 的完整設定選項清單，請參閱這份文件。

準備建立 Kubernetes 叢集

在 Cloud Shell 中，您必須設定部分環境變數，並設定 gcloud 用戶端。方法是使用下列指令。

請務必使用自己的 YOUR_PROJECT_ID 修改匯出指令。您也可以視需要變更區域。

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}

請注意，如果 Cloud Shell 工作階段逾時，您必須重新連線，並再次執行上述指令。這是因為本實驗室中的許多其他指令，都會假設已設定這些環境變數和 gcloud config 設定。

建立 GKE 叢集

由於本實驗室會在 Kubernetes 上部署 .NET Core 應用程式，因此必須建立叢集。使用下列指令，在 Google Cloud 中透過 GKE 建立新的 Kubernetes 叢集。

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 是每個區域要新增的節點數量，之後可以調整
• --node-locations 是以半形逗號分隔的區域清單。在本例中，您在上述環境變數中識別出的區域和 us-central1-b 會用於
  • 注意：這份清單不得含有重複項目
• --workload-pool 建立工作負載身分，讓 GKE 工作負載可以存取 Google Cloud 服務

叢集建構期間，系統會顯示以下內容

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

設定 kubectl

kubectl CLI 是與 Kubernetes 叢集互動的主要方式。如要搭配剛建立的新叢集使用，必須設定該工具，以便對叢集進行驗證。請使用下列指令執行這項操作。

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

現在應該可以使用 kubectl 與叢集互動。

$ 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. 在本機測試並確認所需功能

本實驗室使用 Docker Hub 上 .NET 官方存放區的下列容器映像檔。

• https://hub.docker.com/_/microsoft-dotnet
• https://hub.docker.com/_/microsoft-dotnet-samples

在本機執行容器，驗證功能

在 Cloud Shell 中執行下列 Docker 指令，確認 Docker 正常運作，且 .NET 容器可正常運作：

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

      Hello from .NET!
      __________________
                        \
                        \
                            ....
                            ....'
                            ....
                          ..........
                      .............'..'..
                  ................'..'.....
                .......'..........'..'..'....
                ........'..........'..'..'.....
              .'....'..'..........'..'.......'.
              .'..................'...   ......
              .  ......'.........         .....
              .                           ......
              ..    .            ..        ......
            ....       .                 .......
            ......  .......          ............
              ................  ......................
              ........................'................
            ......................'..'......    .......
          .........................'..'.....       .......
      ........    ..'.............'..'....      ..........
    ..'..'...      ...............'.......      ..........
    ...'......     ...... ..........  ......         .......
  ...........   .......              ........        ......
  .......        '...'.'.              '.'.'.'         ....
  .......       .....'..               ..'.....
    ..       ..........               ..'........
            ............               ..............
          .............               '..............
          ...........'..              .'.'............
        ...............              .'.'.............
        .............'..               ..'..'...........
        ...............                 .'..............
        .........                        ..............
          .....
  
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

確認網頁應用程式功能

您也可以在 Cloud Shell 中驗證範例網頁應用程式。下列 Docker 執行指令會建立新的容器，公開通訊埠 80，並將該通訊埠對應至 localhost 通訊埠 8080。請注意，localhost 在本例中位於 Cloud Shell。

$ 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

由於這是網頁應用程式，因此必須在網頁瀏覽器中查看及驗證。下一節將說明如何在 Cloud Shell 中使用網頁預覽功能執行這項操作。

4. 使用「網頁預覽」功能從 Cloud Shell 存取服務

Cloud Shell 提供「網頁預覽」功能，可讓您使用瀏覽器與在 Cloud Shell 執行個體中執行的程序互動。

使用「網頁預覽」功能在 Cloud Shell 中查看應用程式

在 Cloud Shell 中，按一下「網頁預覽」按鈕，然後選擇「透過以下通訊埠預覽：8080」(或網頁預覽設定使用的任何通訊埠)。

系統會開啟瀏覽器視窗，並顯示類似下列的網址：

https://8080-cs-754738286554-default.us-central1.cloudshell.dev/?authuser=0

「變更通訊埠」選項可用於將服務在 Cloud Shell 中執行的通訊埠，與「網頁預覽」使用的通訊埠相符。

使用網頁預覽功能查看 .NET 範例應用程式

啟動「網頁預覽」並載入提供的網址，即可查看上一個步驟啟動的範例應用程式。如下所示：

5. 部署到 Kubernetes

建構 YAML 檔案並套用

下一個步驟需要一個 YAML 檔案，其中說明兩項 Kubernetes 資源：Deployment 和 Service。在 Cloud Shell 中建立名為 dotnet-app.yaml 的檔案，並在其中加入下列內容。

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

現在請使用 kubectl 將這個檔案套用至 Kubernetes。

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

請注意訊息，確認所需資源已建立。

探索產生的資源

我們可以透過 kubectl CLI 檢查上述建立的資源。首先，請查看 Deployment 資源，確認新的 Deployment 是否存在。

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

接著查看 ReplicaSet。上述部署作業應會建立 ReplicaSet。

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

最後，請查看 Pod。Deployment 指出應該有三個執行個體。下列指令應會顯示有三個執行個體。新增 -o wide 選項，以便顯示執行這些執行個體的節點。

$ 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 資源

Kubernetes 中的 Service 資源是負載平衡器。端點是由 Pod 上的標籤決定。這樣一來，只要透過上述 kubectl scale deployment 作業將新 Pod 新增至 Deployment，產生的 Pod 就能立即處理該 Service 的要求。

下列指令應會顯示服務資源。

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

您可以使用下列指令，查看 Service 的更多詳細資料。

$ 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>

請注意，Service 的類型為 ClusterIP。也就是說，叢集內的任何 Pod 都能將 Service 名稱 dotnet-service 解析為 IP 位址。傳送至服務的要求會負載平衡至所有執行個體 (Pod)。上方的 Endpoints 值會顯示目前可供這項服務使用的 Pod IP。與上述輸出內容中的 Pod IP 進行比較。

確認正在執行的應用程式

此時應用程式已上線，可以處理使用者要求。如要存取，請使用 Proxy。下列指令會建立本機 Proxy，接受通訊埠 8080 的要求，並將要求傳送至 Kubernetes 叢集。

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

現在請使用 Cloud Shell 中的「網頁預覽」功能存取網頁應用程式。

如需網頁預覽操作說明，請參閱步驟 4「使用『網頁預覽』從 Cloud Shell 存取服務」

在網頁預覽產生的網址中加入 /api/v1/namespaces/default/services/dotnet-service:8080/proxy/。最終看起來會像這樣：

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

恭喜！您已在 Google Kubernetes Engine 上部署 .NET Core 應用程式。接著，我們將變更應用程式並重新部署。

6. 修改應用程式

在本節中，應用程式會經過修改，以顯示執行例項的主機。這樣就能確認負載平衡是否正常運作，以及可用的 Pod 是否如預期般回應。

取得原始碼

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

更新應用程式，加入主機名稱

vi aspnetapp/Pages/Index.cshtml

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

建構新的容器映像檔並在本機測試

使用更新後的程式碼建構新的容器映像檔。

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

如先前所述，請在本機測試新應用程式

$ 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

與先前一樣，您可以使用「網頁預覽」存取應用程式。這次應該會看到「主機」參數，如下所示：

在 Cloud Shell 中開啟新分頁，然後執行 docker ps，確認容器 ID 與上方顯示的「主機」值相符。

$ 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

為映像檔加上標記並推送，讓 Kubernetes 可以使用

映像檔必須經過標記並推送，Kubernetes 才能提取。首先列出容器映像檔，然後找出所需映像檔。

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

接著，為該映像檔加上標記，並推送到 Google Container Registry。使用上述的 IMAGE ID，看起來會像這樣

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

7. 重新部署更新後的應用程式

編輯 YAML 檔案

切換回儲存 dotnet-app.yaml 檔案的目錄。在 YAML 檔案中找出以下這行程式碼

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

您需要變更此設定，以參照上方建立並推送至 gcr.io 的容器映像檔。

        image: gcr.io/PROJECT_ID/aspnetapp:alpine

別忘了修改這個函式，以便使用您的 PROJECT_ID。完成後，畫面看起來大致如下：

        image: gcr.io/myproject/aspnetapp:alpine

套用更新後的 YAML 檔案

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

請注意，「Deployment」資源顯示已更新，而「Service」資源則顯示未變更。您可以使用 kubectl get pod 指令查看更新後的 Pod，但這次我們會新增 -w，以便監控所有變更。

$ 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

上述輸出內容顯示滾動式更新的過程。首先，系統會啟動新容器，並在容器執行時終止舊容器。

確認正在執行的應用程式

此時應用程式已更新完成，可以處理使用者要求。與先前一樣，您可以使用 Proxy 存取。

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

現在請使用 Cloud Shell 中的「網頁預覽」功能存取網頁應用程式。

網頁預覽操作說明請參閱步驟 4

在網頁預覽產生的網址中加入 /api/v1/namespaces/default/services/dotnet-service:8080/proxy/。最終看起來會像這樣：

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

確認 Kubernetes 服務是否正在分配負載

多次重新整理這個網址，您會發現主機有所變更，因為服務會將要求在不同 Pod 之間進行負載平衡。將主機值與上述 Pod 清單進行比較，確認所有 Pod 都收到流量。

擴充執行個體

在 Kubernetes 中調度應用程式資源非常簡單。下列指令會將 Deployment 擴充至 6 個應用程式執行個體。

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

您可以使用這項指令查看新 Pod 及其目前狀態

kubectl get pod -w

請注意上方指令中的 -w。也就是「監看」指令，在本例中，這可讓您輕鬆查看 Pod 的建立和上線情形。

請注意，重新整理同一個瀏覽器視窗會顯示，流量現在已在所有新 Pod 之間平衡分配。

8. 恭喜！

在本實驗室中，我們在開發人員環境中驗證 .NET Core 範例網頁應用程式，然後使用 GKE 將其部署至 Kubernetes。接著修改應用程式，顯示執行所在容器的主機名稱。接著，Kubernetes 部署作業更新為新版本，並擴充應用程式，示範負載如何在額外執行個體之間分配。

如要進一步瞭解 .NET 和 Kubernetes，請參閱下列教學課程。這些內容會以本實驗室所學為基礎，介紹 Istio 服務網格，以便瞭解更精細的轉送和復原模式。

• https://codelabs.developers.google.com/codelabs/cloud-istio-aspnetcore-part1#0
• https://codelabs.developers.google.com/codelabs/cloud-istio-aspnetcore-part2#0

9. 清理

為避免產生非預期費用，請使用下列指令刪除本實驗室中建立的叢集和容器映像檔。

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