使用 Redis 和 PHP 建立多層級網頁應用程式

自動駕駛標準

本教學課程示範如何使用 Google Kubernetes Engine (GKE) 建構多層級網頁應用程式。

在本教學課程中，執行下列操作：

設定具備外部 IP 位址和負載平衡器的網頁應用程式。
建立具有單一主要 (領導者) 和多個Redis 叢集副本 (追隨者)。

這個範例說明下列 Kubernetes 概念：

陳述式設定採用 YAML 資訊清單檔案
Deployment，這是 Kubernetes 資源，用於決定一組 Pod 複本的設定
服務：為一組 Pod 建立內部和外部負載平衡器

目標

如要在 GKE 上部署及執行應用程式，請按照下列步驟操作：

設定 Redis 領導者
設定兩個 Redis follower
設定網路前端
造訪網站
擴充網站前端

下圖概略說明您完成這些目標後建立的叢集架構：

GKE 叢集架構

費用

在本文件中，您會使用下列 Google Cloud的計費元件：

如要根據預測用量估算費用，請使用 Pricing Calculator。

初次使用 Google Cloud 的使用者可能符合免費試用期資格。

完成本文所述工作後，您可以刪除建立的資源，避免繼續計費，詳情請參閱「清除所用資源」。

事前準備

Cloud Shell 已預先安裝本教學課程所需的軟體，包括 kubectl 和 gcloud CLI。如果您未使用 Cloud Shell，則必須安裝 gcloud CLI。

登入 Google Cloud 帳戶。如果您是 Google Cloud新手，歡迎建立帳戶，親自評估產品在實際工作環境中的成效。新客戶還能獲得價值 $300 美元的免費抵免額，可用於執行、測試及部署工作負載。

安裝 Google Cloud CLI。

注意：如果您先前已安裝 gcloud CLI，請執行 gcloud components update，確認您使用的是最新版本。

若您採用的是外部識別資訊提供者 (IdP)，請先使用聯合身分登入 gcloud CLI。

執行下列指令，初始化 gcloud CLI：

gcloud init

建立或選取 Google Cloud 專案。

選取或建立專案所需的角色

選取專案：選取專案時，不需要具備特定 IAM 角色，只要您已獲授角色，即可選取任何專案。
建立專案：如要建立專案，您需要具備專案建立者角色 (roles/resourcemanager.projectCreator)，其中包含 resourcemanager.projects.create 權限。瞭解如何授予角色。

建立 Google Cloud 專案：
```
gcloud projects create PROJECT_ID
```
將 PROJECT_ID 替換為您要建立的 Google Cloud 專案名稱。
選取您建立的 Google Cloud 專案：
```
gcloud config set project PROJECT_ID
```
將 PROJECT_ID 替換為 Google Cloud 專案名稱。

確認專案已啟用計費功能 Google Cloud 。

啟用 GKE API：

啟用 API 時所需的角色

如要啟用 API，您需要具備服務使用情形管理員 IAM 角色 (roles/serviceusage.serviceUsageAdmin)，其中包含 serviceusage.services.enable 權限。瞭解如何授予角色。

gcloud services enable container.googleapis.com

安裝 Google Cloud CLI。

注意：如果您先前已安裝 gcloud CLI，請執行 gcloud components update，確認您使用的是最新版本。

若您採用的是外部識別資訊提供者 (IdP)，請先使用聯合身分登入 gcloud CLI。

執行下列指令，初始化 gcloud CLI：

gcloud init

建立或選取 Google Cloud 專案。

選取或建立專案所需的角色

選取專案：選取專案時，不需要具備特定 IAM 角色，只要您已獲授角色，即可選取任何專案。
建立專案：如要建立專案，您需要具備專案建立者角色 (roles/resourcemanager.projectCreator)，其中包含 resourcemanager.projects.create 權限。瞭解如何授予角色。

建立 Google Cloud 專案：
```
gcloud projects create PROJECT_ID
```
將 PROJECT_ID 替換為您要建立的 Google Cloud 專案名稱。
選取您建立的 Google Cloud 專案：
```
gcloud config set project PROJECT_ID
```
將 PROJECT_ID 替換為 Google Cloud 專案名稱。

確認專案已啟用計費功能 Google Cloud 。

啟用 GKE API：

啟用 API 時所需的角色

如要啟用 API，您需要具備服務使用情形管理員 IAM 角色 (roles/serviceusage.serviceUsageAdmin)，其中包含 serviceusage.services.enable 權限。瞭解如何授予角色。

gcloud services enable container.googleapis.com

準備環境

如要設定環境，請按照下列步驟操作：

設定環境變數：
```
export PROJECT_ID=PROJECT_ID
export COMPUTE_LOCATION=COMPUTE_LOCATION
```
更改下列內容：
- PROJECT_ID：您的 Google Cloud 專案 ID
- COMPUTE_LOCATION：Compute Engine 位置，例如 us-central1。

複製 GitHub 存放區：

git clone https://github.com/GoogleCloudPlatform/kubernetes-engine-samples

變更為工作目錄：

cd kubernetes-engine-samples/quickstarts/guestbook/

建立 GKE 叢集

建立 Autopilot 或 Standard GKE 叢集：

Autopilot

gcloud container clusters create-auto guestbook \
    --location=${COMPUTE_LOCATION} \

標準

gcloud container clusters create guestbook \
    --location=${COMPUTE_LOCATION} \
    --num-nodes=4

連線至叢集

設定 kubectl 與叢集通訊：

gcloud container clusters get-credentials guestbook \
    --location=${COMPUTE_LOCATION}

設定 Redis 領導者

應用程式使用 Redis 儲存資料，應用程式會將資料寫入 Redis 領導者執行個體，並從多個 Redis follower 執行個體讀取資料。

下列資訊清單說明 Kubernetes 部署作業，該作業會執行單一副本 Redis 領導者 Pod：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: redis-leader
  labels:
    app: redis
    role: leader
    tier: backend
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: redis
  template:
    metadata:
      labels:
        app: redis
        role: leader
        tier: backend
    spec:
      containers:
      - name: leader
        image: "docker.io/redis:6.0.5"
        resources:
          requests:
            cpu: 100m
            memory: 100Mi
        ports:
        - containerPort: 6379

將資訊清單套用至叢集：

kubectl apply -f redis-leader-deployment.yaml

確認 Redis 領導者 Pod 正在執行：
```
kubectl get pods
```
輸出結果會與下列內容相似：
```
NAME                           READY     STATUS    RESTARTS   AGE
redis-leader-343230949-qfvrq   1/1       Running   0          43s
```
「STATUS」可能需要幾分鐘的時間，才會從 Pending 變更為 Running。

建立 Redis 領導者服務

網頁應用程式需要與 Redis 領導者通訊來寫入資料。您可以建立服務，將流量代理至 Redis 領導者 Pod。

Service 是 Kubernetes 抽象層，可定義邏輯上的一組 Pod 和存取這些 Pod 的政策。建立 Service 時，您可以根據 Pod 標籤說明要代理的 Pod。

下列資訊清單說明 Redis 領導者的 Service：
```
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: redis-leader
  labels:
    app: redis
    role: leader
    tier: backend
spec:
  ports:
  - port: 6379
    targetPort: 6379
  selector:
    app: redis
    role: leader
    tier: backend
```
這個資訊清單包含一組標籤選取器。這些標籤與上一步中部署的標籤集相符。因此，這項服務會將網路流量轉送至上一步建立的 Redis 領導者 Pod。

資訊清單的 ports 區段會宣告單一通訊埠對應。服務會針對與指定 selector 標籤相符的容器，將 port: 6379 的流量轉送至該容器的 targetPort: 6379。部署中使用的 containerPort 必須與 targetPort 相符，才能將流量轉送至部署。

將資訊清單套用至叢集：
```
kubectl apply -f redis-leader-service.yaml
```

確認 GKE 是否已建立服務：

kubectl get service

輸出結果會與下列內容相似：

NAME           CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)    AGE
kubernetes     10.51.240.1     <none>        443/TCP    42s
redis-leader   10.51.242.233   <none>        6379/TCP   12s

設定 Redis 追隨者

雖然 Redis 領導者為單一 Pod，但透過新增幾個 Redis 追隨者或副本，即可大幅提升 Redis 領導者的可用性並滿足流量需求。

下列資訊清單說明 Redis follower Pod 的部署：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: redis-follower
  labels:
    app: redis
    role: follower
    tier: backend
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: redis
  template:
    metadata:
      labels:
        app: redis
        role: follower
        tier: backend
    spec:
      containers:
      - name: follower
        image: us-docker.pkg.dev/google-samples/containers/gke/gb-redis-follower:v2
        resources:
          requests:
            cpu: 100m
            memory: 100Mi
        ports:
        - containerPort: 6379

將資訊清單套用至叢集：

kubectl apply -f redis-follower-deployment.yaml

確認兩個 Redis follower 副本正在執行：

kubectl get pods

輸出結果會與下列內容相似：

NAME                              READY   STATUS    RESTARTS   AGE
redis-follower-76588f55b7-bnsq6   1/1     Running   0          27s
redis-follower-76588f55b7-qvtws   1/1     Running   0          27s
redis-leader-dd446dc55-kl7nl      1/1     Running   0          119s

「STATUS」可能需要幾分鐘的時間，才會從 Pending 變更為 Running。

建立 Redis follower 服務

網路應用程式必須與 Redis 追隨者通訊來讀取資料。如要開放 Redis 追隨者以供偵測，則必須設定服務。

下列資訊清單說明 Redis follower 的 Service：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: redis-follower
  labels:
    app: redis
    role: follower
    tier: backend
spec:
  ports:
    # the port that this service should serve on
  - port: 6379
  selector:
    app: redis
    role: follower
    tier: backend

這個資訊清單指定 Service 在通訊埠 6379 上執行。Service 的 selector 欄位與上一步驟中建立的 Redis follower Pod 相符。

將資訊清單套用至叢集：

kubectl apply -f redis-follower-service.yaml

確認 GKE 已建立 Service：

kubectl get service

輸出結果會與下列內容相似：

NAME           CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)    AGE
kubernetes     10.51.240.1     <none>        443/TCP    1m
redis-leader   10.51.242.233   <none>        6379/TCP   49s
redis-follower 10.51.247.238   <none>        6379/TCP   3s

設定應用程式網頁前端

現在您已為應用程式準備好 Redis 儲存空間，請啟動網路伺服器。與 Redis 追隨者一樣，前端是使用 Kubernetes Deployment 部署。

這個網頁應用程式使用 PHP 前端，並設定為與 Redis follower 或 leader 服務通訊，視要求是讀取或寫入而定。前端會公開 JSON 介面，並提供以 jQuery Ajax 為基礎的 UI。

下列資訊清單說明網路伺服器的 Deployment：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: frontend
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
        app: guestbook
        tier: frontend
  template:
    metadata:
      labels:
        app: guestbook
        tier: frontend
    spec:
      containers:
      - name: php-redis
        image: us-docker.pkg.dev/google-samples/containers/gke/gb-frontend:v5
        env:
        - name: GET_HOSTS_FROM
          value: "dns"
        resources:
          requests:
            cpu: 100m
            memory: 100Mi
        ports:
        - containerPort: 80

資訊清單檔案指定了環境變數 GET_HOSTS_FROM=dns。將設定提供給網路前端應用程式時，前端應用程式會使用主機名稱 redis-follower 和 redis-leader 執行 DNS 查詢。DNS 查詢會找出您在先前步驟中建立的服務 IP 位址。這個概念稱為 DNS 服務探索。

將資訊清單套用至叢集：

kubectl apply -f frontend-deployment.yaml

確認備用資源正在執行：

kubectl get pods -l app=guestbook -l tier=frontend

輸出結果會與下列內容相似：

NAME                        READY   STATUS    RESTARTS   AGE
frontend-7b78458576-8kp8s   1/1     Running   0          37s
frontend-7b78458576-gg86q   1/1     Running   0          37s
frontend-7b78458576-hz87g   1/1     Running   0          37s

在外部 IP 位址公開前端

根據目前的設定，您在先前的步驟中建立的 redis-follower 和 redis-leader 服務只能在 GKE 叢集中存取，因為服務的預設類型為 ClusterIP。

ClusterIP Service 會為 Service 所指向的一組 Pod 提供單一 IP 位址。這個 IP 位址只能在叢集中存取。

如要讓外部存取網路前端服務，您可以根據需求在服務設定中指定 type: LoadBalancer 或 type: NodePort。

以下資訊清單說明 LoadBalancer 類型的 Service：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: frontend
  labels:
    app: guestbook
    tier: frontend
spec:
  type: LoadBalancer
  ports:
    # the port that this service should serve on
  - port: 80
  selector:
    app: guestbook
    tier: frontend

在 ports 區段底下的通訊埠宣告會指定 port: 80，並且不會指定 targetPort。如果省略 targetPort 屬性，該屬性會預設為 port 欄位的值。在這種情況下，這項服務會將通訊埠 80 的流量轉送至 frontend 部署中容器的通訊埠 80。

將資訊清單套用至叢集：

kubectl apply -f frontend-service.yaml

建立 frontend Service 後，GKE 會建立負載平衡器和外部 IP 位址。這些資源需要計費。

前往應用程式網站

如要存取應用程式網站，請取得 frontend 服務的外部 IP 位址：

kubectl get service frontend

輸出結果會與下列內容相似：

NAME       CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP        PORT(S)        AGE
frontend   10.51.242.136   109.197.92.229     80:32372/TCP   1m

建立負載平衡器時，EXTERNAL-IP 欄可能會顯示 <pending>。這可能需要幾分鐘的時間。如果看到 Does not have minimum availability 等錯誤訊息，請稍候幾分鐘。GKE 會重新建立節點來進行變更，因此發生這項暫時性錯誤。

複製 IP 位址，並在瀏覽器中開啟該頁面：

在 GKE 上執行的網頁應用程式

請嘗試輸入訊息，然後按一下「提交」，新增一些留言。您輸入的訊息會顯示在前端。這則訊息表示資料已透過您建立的服務成功新增至 Redis。

擴充網站前端

假設您的應用程式在運作一段時間後突然爆紅。您認為在前端新增更多網路伺服器會是個不錯的主意。您可以增加 Pod 數量來達成這個目標。

向上擴充 frontend Pod 數量：

kubectl scale deployment frontend --replicas=5

輸出結果會與下列內容相似：

deployment.extensions/frontend scaled

確認正在執行的副本數量：

kubectl get pods

輸出結果會與下列內容相似：

NAME                             READY     STATUS    RESTARTS   AGE
frontend-88237173-3s3sc          1/1       Running   0          1s
frontend-88237173-twgvn          1/1       Running   0          1s
frontend-88237173-5p257          1/1       Running   0          23m
frontend-88237173-84036          1/1       Running   0          23m
frontend-88237173-j3rvr          1/1       Running   0          23m
redis-leader-343230949-qfvrq     1/1       Running   0          54m
redis-follower-132015689-dp23k   1/1       Running   0          37m
redis-follower-132015689-xq9v0   1/1       Running   0          37m

您可以使用相同指令縮減 frontend Pod 數量，只要將 5 換成 1 即可。

清除所用資源

為避免因為本教學課程所用資源，導致系統向 Google Cloud 收取費用，請刪除含有相關資源的專案，或者保留專案但刪除個別資源。

刪除專案

刪除 Google Cloud 專案：

gcloud projects delete PROJECT_ID

刪除個別資源

如果您使用現有專案，但不想刪除專案，請刪除個別資源。

刪除 frontend 服務：
```
kubectl delete service frontend
```

刪除 GKE 叢集：

gcloud container clusters delete guestbook

後續步驟

瞭解如何設定水平 Pod 自動調度資源。
瞭解如何使用 Persistent Disk 和 Cloud SQL 在 GKE 中部署 WordPress。
瞭解如何使用靜態 IP 位址設定網域名稱。
探索其他 Kubernetes Engine 教學課程。

使用 Redis 和 PHP 建立多層級網頁應用程式 透過集合功能整理內容 你可以依據偏好儲存及分類內容。

目標

費用

事前準備

準備環境

建立 GKE 叢集

連線至叢集

設定 Redis 領導者

建立 Redis 領導者服務

設定 Redis 追隨者

建立 Redis follower 服務

設定應用程式網頁前端

在外部 IP 位址公開前端

前往應用程式網站

擴充網站前端

清除所用資源

刪除專案

刪除個別資源

後續步驟

使用 Redis 和 PHP 建立多層級網頁應用程式