利用 Kubernetes 部署简单的 Python 应用程序

Kubernetes 推出已有数年（初始发行版可追溯至 2014 年 6 月），虽然其强大的功能早已为程序员社群所熟知并认可，但很多人仍然尚未使用。如果您还没有使用过 Kubernetes，这并不稀奇。我曾听闻一些开发者说过，让他们踌躇不前的原因包括：没有真正合适的指南可供使用（大量文章分散于多个网站，而不是集中于一处），或者他们对学习新事物感到畏惧。在本教程中，我将通过利用 Docker 构建 Python 应用程序并将其部署到 Kubernetes 服务这一基本理念，帮助您一定程度上化繁为简。

学习目标

完成本教程后，您将能够：

• 通过使用 Docker 实现 Flask 应用程序容器化，并将其部署至 IBM Cloud Kubernetes Service。

前提条件

为完成本教程，您需要具备以下前提条件：

• 一个 IBM Cloud™ 帐户 -（注册免费帐户 ）
• IBM Cloud CLI
• Docker CLI
• Kubernetes CLI

预计花费时间

完成本教程大约需要 45 分钟。

步骤

创建 Kubernetes 集群

• 登录 IBM Cloud Dashboard 。
• 打开 IBM Kubernetes Service 。
  
• 单击 Create Cluster 。
  
• 选择要部署集群的区域 ( Region )，输入集群的名称 ( name )，然后单击 Create Cluster 。
• 根据您的帐户（ Paid 或 Free ），选择相应的集群类型。
• 集群需要一些时间才能准备就绪（约 30 分钟）。
  
• 集群准备就绪后，单击集群名称，这样会将您重定向至包含集群和工作节点相关信息的新页面。
  
• 单击 Worker Nodes  选项卡以记录集群的公共 IP。
  

实现 Flask 应用程序的容器化

• 在项目目录中，创建名为 "Dockerfile" 的文件。 建议：将您的文件准确命名为 "Dockerfile"，而不使用其他任何字符。

  

  "Dockerfile" 用于向 Docker 指示基本镜像、所需 Docker 设置，以及为准备和启动新容器您希望已执行的命令列表。

• 在此文件中，粘帖以下代码：

  FROM python:2.7
    LABEL maintainer="Kunal Malhotra, [email protected]"
    RUN apt-get update
    RUN mkdir /app
    WORKDIR /app
    COPY . /app
    RUN pip install -r requirements.txt
    EXPOSE 5000
    ENTRYPOINT [ "python" ]
    CMD [ "app.py" ]

以上 Dockerfile 代码的说明和分解

1. 以上代码的第一部分为：

   FROM python:2.7

   由于此 Flask 应用程序使用 Python 2.7，我们需要支持并且已安装该程序的环境。幸运的是，DockerHub 具有在 Ubuntu 之上安装的官方镜像。只需一行代码即可获取包含 Python 2.7、virtualenv 和 pip 的基本 Ubuntu 镜像。DockerHub 上有大量镜像，但只要您愿意，您也可以从全新 Ubuntu 镜像开始，并在此基础上进行构建。

2. 让我们来看下一段代码：

   LABEL maintainer="Kunal Malhotra, [email protected]"
   RUN apt-get update

3. 记录维护程序，并更新 Ubuntu 程序包索引。命令为 RUN，此函数用于运行它后面的命令。

   RUN mkdir /app
   WORKDIR /app 
   COPY ./app

4. 现在即可将 Flask 应用程序添加到镜像中。为简便起见，将应用程序复制到 Docker 镜像上的 /app  目录下。

   WORKDIR 本质上是 Bash 中的 cd ，而 COPY 则会将某个目录复制到镜像中提供的目录。ADD 命令与 COPY 执行相同的操作，但它允许您从 URL 添加存储库。因此，如果您要克隆自己的 git 存储库，而不是从本地存储库进行复制（用于登台和生产目的），那么可以使用该命令。除非您有 URL，否则大部分情况下应使用 COPY。

5. 既然我们已将存储库复制到镜像，接下来就将安装所有依赖项，代码的 requirements.txt 部分中对此进行了定义。

   RUN pip install --no-cache-dir -r requirements.txt

6. 我们使用 EXPOSE 来公开用于运行 Flask 应用程序的端口 (5000)。

   EXPOSE 5000

7. ENTRYPOINT 用于指定应用程序的入口点。

   ENTRYPOINT [ "python" ]
    CMD [ "app.py" ]

从 Dockerfile 构建镜像

打开终端，并输入以下命令以从 Dockerfile 构建镜像： docker build -t <image_name>:<tag> . （注意句点，它指示我们位于应用顶层目录中）。例如： docker build -t app:latest .

在本地运行容器并进行测试

成功构建镜像后，输入： docker run -d -p 5000:5000 app

此命令将创建一个包含镜像中所有应用程序代码和依赖项的容器，并在本地运行该容器。

将镜像推送至 IBM Cloud Registry

1. 从帐户仪表板转至 IBM Cloud Kubernetes Service 。
2. 在左侧导航菜单中选择 Private Repositories 。

3. 安装 Container Registry 插件。

   ibmcloud plugin install container-registry -r Bluemix

4. 登录到您的 IBM Cloud 帐户。

   ibmcloud login -a <cloud_foundary_end_point_for_the_region>

5. 命名并创建名称空间。快速入门的其余部分都将使用此名称空间。

   ibmcloud cr namespace-add <namespace>

6. 将本地 Docker 守护程序登录到 IBM Cloud Container Registry 中。

   ibmcloud cr login

7. 选择存储库和用于识别镜像的标签。

   docker tag <image_name> <region_url>/<namespace>/<image_name>:<tag>

8. 推送镜像。

   docker push <region_url>/<namespace>/<image_name>:<tag>

   

   

9. 验证您的镜像是否位于专用注册表中。

   ibmcloud cr image-list

   

   

为 Kubernetes 创建配置文件

将镜像成功上传至专用注册表后，转至项目目录并创建以下两个文件： Deployment.yaml 和 service.yaml 。

1. 在 deployment.yaml  文件中，粘帖以下代码：

   apiVersion: extensions/v1beta1
    kind: Deployment
    metadata:
      name: flask-node-deployment
    spec:
      replicas: 1
      selector:
        matchLabels:
          app: flasknode
      template:
        metadata:
          labels:
            app: flasknode
        spec:
          containers:
          - name: flasknode
            image: registry.ng.bluemix.net/flask-node/app
            imagePullPolicy: Always
            ports:
            - containerPort: 5000

2. 在 service.yaml  文件中，粘帖以下代码：

   apiVersion: v1
    kind: Service
    metadata:
      name: flask-node-deployment
    spec:
      ports:
      - port: 5000
        targetPort: 5000
      selector:
        app: flasknode

Deployment.yaml 代码的说明和分解

1. 创建名为 flask-node-deployment 的部署，此部署由 .metadata.name 字段来指示。
2. 此部署会创建一个复制 pod，由 replicas 字段来指示。
3. Selector 字段用于定义部署查找要管理的 pod 的方式。在此情况下，我们只需选择 Pod 模板中定义的一个标签即可 (app: flasknode )。但是，也可以使用更复杂的选择规则，只要 Pod 模板本身满足此规则即可。
4. Pod 模板规范 .template.spec 指示 pod 在运行容器 flasknode，该容器运行应用专用注册表镜像。
5. 该部署会打开 port 5000 以供 Pod 使用。

Service.yaml 代码的说明和分解

1. Service.yaml 规范将创建名为 flask-node-deployment 的新服务对象，目标为具有 "app=flasknode" 标签的任意 Pod 上的 TCP 端口 5000。同时还会为此服务分配 IP 地址（有时称为集群 IP），供服务代理使用（请参阅下文）。将持续评估此服务的选择器，并将结果通过 POST 操作发布到同样名为 flask-node-deployment 的端点对象。
2. 须注意，此服务可将传入端口映射到任意 targetPort。默认情况下，targetPort 将设置为与 port 字段相同的值。可能更有趣的是，targetPort 可以是字符串，表示后端 Pod 中的端口名称。分配给该名称的实际端口号可与每个后端 Pod 中的端口号不同。这就为服务部署和演变提供了诸多灵活性。例如，您可在后端软件的下一个版本中更改 Pod 公开的端口号，而无需中断客户端。

将应用程序部署至 Kubernetes

1. 锁定要在其中工作的 IBM Cloud Kubernetes Service 区域。

   ibmcloud cs region-set us-south

2. 在 CLI 中为集群设置上下文。

   ibmcloud cs cluster-config
                                   cluster_kunal
   > export KUBECONFIG=/Users/$USER/.bluemix/plugins/container-service/clusters/< cluster_name >/< cluster_configuration_file.yaml>
   

3. 列出您的工作节点，验证您是否可以连接到自己的集群。

   kubectl get nodes

4. 创建部署。

   kubectl create -f deployment.yaml

   

   

5. 创建服务。

   kubectl create -f service.yaml

   

   

6. 从 IBM Kubernetes Service 概述页面查看 Kubernetes 仪表板。
   
7. 最后，转至浏览器，并 ping 工作节点的公共 IP。
   

参考资源

• Kubernetes 文档
• 对 Kubernetes 应用程序进行调试和记录
• 教程：将应用程序部署到 Kubernetes 集群

本文翻译自： Deploy a simple Python application with Kubernetes （2018-09-12）