Docker与Kubernetes实现自动化部署！

Docker与Kubernetes实现自动化部署！

前言

随着云计算和微服务架构的兴起，容器化技术和编排工具在现代软件开发中变得越来越重要

Docker 和 Kubernetes 是其中的两大热点技术，它们共同为企业提供了高效、可靠的自动化部署解决方案

本文将描述发展历程以及Docker 和 Kubernetes的核心概念，通过一个具体的实践案例，详细介绍如何使用 Java 开发一个简单的 Web 应用，并将其容器化部署到 Kubernetes 集群中

发展历程

物理机部署

早期，各个程序运行在物理服务器上

由于无法限制在物理服务器中运行的应用程序资源使用，因此会导致资源分配不均匀的问题

比如：在同一台物理服务器上运行多个应用程序，可能会出现一个应用程序占用大部分资源的情况，而导致其他应用程序的性能下降

可以将每个应用程序部署在不同的物理服务器上来解决这个问题，但是有的应用程序利用率不高时，会造成物理服务器资源的浪费，并且维护成本会变得很高

虚拟机部署

后来，引入了虚拟化技术

虚拟化技术允许在单个物理服务器的 CPU 上运行多台虚拟机（VM）

虚拟化能使应用程序在不同VM之间被彼此隔离，且能提供一定程度的安全性，因为应用程序不会被另一个应用程序随意访问

虚拟化技术能够更好地利用物理服务器的资源，并且因为可轻松地添加或更新应用程序， 而因此可以具有更高的可扩缩性，以及降低硬件成本等等的好处

虽然虚拟化部署解决物理机部署资源浪费严重、扩展性差的问题，但VM运行需要完整操作系统开销依旧很大并且管理也很麻烦

容器部署

容器类似于 VM，但是更宽松的隔离特性，使容器之间可以共享操作系统（OS），容器比起 VM 被认为是更轻量级的、且与 VM 类似

每个容器都具有自己的文件系统、CPU、内存、进程空间等，容器部署更轻量、隔离性更好、不同环境下可移植

演进的过程如下图：

Docker与Kubernetes

Docker 是一个开源的容器化平台，旨在使开发、部署和运行应用程序变得更加高效和一致

它通过使用容器技术，将应用程序及其依赖项打包在一起，形成一个轻量级、可移植的容器，可以在不同的环境中无缝运行

通过build（构建镜像）、pull（拉取镜像）、run（运行镜像）等命令来进行使用

可以简单的类比maven学习，它也是存在远程、本地仓库，通常从远程仓库拉取镜像到本地，再放入容器中运行

通过编写dockerfile制作镜像，制作后需要放入仓库才能被其他机器拉取，同时可以通过监听代码源、编写脚本的方式实现CICD自动化部署

下面这张流程图非常清晰的说明docker是如何工作的（图片来源网络）

当容器逐渐增多时，不方便管理，而Kubernetes就是用于进行管理容器的平台

Kubernetes 是一个可移植、可扩展的开源平台，用于管理容器化的工作负载和服务，方便进行声明式配置和自动化，中间有8个单词又简称k8s

k8s的节点分为master节点和工作节点worker，master节点负责控制平面，调度程序以及节点状态检测

worker节点实际部署容器用来工作，Pod是worker节点上资源最小单位，用来部署容器执行工作

节点内还有各种组件，更多可查看官网

环境搭建

演示流程需要先创建一个项目，将项目打包过后再制作成镜像，然后把镜像放入仓库中，最后使用k8s时能够通过仓库拉取镜像运行

创建项目

创建SpringBoot项目，引用Web依赖，更多请查看项目代码

@RestController
public class IndexController {
    @GetMapping("/index")
    public String index(){
        return "Hello CaiCai";
    }
}

使用maven将其打为jar包后，本地测试 localhost:8080/index 输出 Hello CaiCai

制作镜像

将jar包上传至Linux，在其目录下编写dockerfile文件 vim dockerfile

# 基础镜像
FROM  maven:3.8-jdk-8
# author
MAINTAINER caicai

# 挂载目录
VOLUME /home/k8s
# 创建目录
RUN mkdir -p /home/k8s
# 指定路径
WORKDIR /home/k8s
# 复制jar文件到路径
COPY ./SpringBoot-k8s.jar /home/k8s/SpringBoot-k8s.jar
# 启动
ENTRYPOINT ["java","-jar","SpringBoot-k8s.jar"]

使用命令构建镜像 docker build -t k8s_demo:1.0 .

本地制作完镜像后可以使用命令启动容器进行测试 docker run -d -p 8080:8080 k8s_demo:1.0（记得开放端口）

推送镜像到仓库

Docker仓库通常有Docker Hub公共仓库、Harbor私有仓库、阿里云仓库等（演示使用阿里云镜像仓库）

首先需要申请镜像仓库（设置仓库为公有），申请的过程中需要先绑定代码源GitHub，绑定代码源的好处是可以感知代码提交时自动构建镜像实现CICD自动化部署

同时也可以取消勾选自动构建镜像，手动进行构建镜像

申请完仓库后就可以开始推送镜像到仓库

#登陆 需要输入阿里云的密码
docker login --username=[你的用户名] registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com

#将本地镜像image id和版本号进行替换
docker tag [本地镜像的imageId] registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/tcl_start/k8s_demo:[镜像版本号]

#推送
docker push registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/tcl_start/k8s_demo:[镜像版本号]

推送完成后，可以拉取镜像进行测试

docker pull registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/tcl_start/k8s_demo:1.0

k8s搭建及使用

对于k8s简单的搭建可以使用minikube

对于x86的Linux可以使用以下命令安装

#下载
curl -LO https://storage.googleapis.com/minikube/releases/latest/minikube-linux-amd64

#安装
sudo install minikube-linux-amd64 /usr/local/bin/minikube && rm minikube-linux-amd64

#无法使用命令 说明没配环境变量 ，要将/usr/local/bin加入环境变量
minikube start

其他系统或情况参考官方文档

如果不想那么麻烦搭建k8s环境也可以使用在线平台，比如 play-with-k8s 或 killercoda

使用play-with-k8s演示：登陆GitHub账号后，会创建四小时的会话，可以手动创建多节点搭建集群

在这个界面中，点击左边的 ADD NEW INSTANCE 就可以创建一个新节点

shell命令行以及提示可以通过命令来进行初始化：

#初始化master节点（只有master节点执行）
kubeadm init --apiserver-advertise-address $(hostname -i) --pod-network-cidr 10.5.0.0/16

#初始化节点网络（所有节点都要执行）
kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/cloudnativelabs/kube-router/master/daemonset/kubeadm-kuberouter.yaml

#创建一个nginx案例（测试使用，可以不执行）
kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/website/master/content/en/examples/application/nginx-app.yaml

我们先创建node1/2/3 三个节点搭建集群，其中node1初始化为master节点

（记住成功后返回的join命令以及token，工作节点加入时使用）

在master节点中执行 kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/cloudnativelabs/kube-router/master/daemonset/kubeadm-kuberouter.yaml

在工作节点中执行 kubeadm join 192.168.0.13:6443 --token omctpz.nhn87miej7xzox4o \ --discovery-token-ca-cert-hash sha256:f566766baef1ad5d709c81463d2f0676d1166c4b02912ec4e389b708f00cab21 加入集群

所有节点加入集群后，在master节点中使用 kubectl get nodes 进行查看

k8s中的资源可以使用yaml文件配置，准备先用nginx案例进行测试

vi nginx.yaml编写以下配置文件（以下文件中分别是Service和Deployment）

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-service
spec:
  selector:
    app: nginx  
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80  
      targetPort: 80 
  type: LoadBalancer  
---  
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  replicas: 3  
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:latest  
        ports:
        - containerPort: 80  

使用kubectl apply -f nginx.yaml创建服务，并通过kubectl get services查看服务，最后访问nginx服务IP返回响应说明测试成功

接着再使用 vi k8s-demo.yaml 编写我们镜像的服务

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: k8s-demo-service
spec:
  selector:
    app: k8s-demo  
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 8080  
      targetPort: 8080
  type: LoadBalancer  
---  
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: k8s-demo-deployment
spec:
  replicas: 3  
  selector:
    matchLabels:
      app: k8s-demo
  template:
    metadata:
      labels:
        app: k8s-demo
    spec:
      containers:
      - name: k8s-demo
        image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/tcl_start/k8s_demo:1.0  
        ports:
        - containerPort: 8080  

最后再使用kubectl apply -f k8s-demo.yaml创建服务进行测试，至此我们的演示流程结束

要实现自动化部署CICD，还可以使用Jenkins实现代码源变动构建镜像k8s管理部署，同时也可以使用云服务厂商提供的功能

总结

通过本文的实践，我们不仅掌握了 Docker 和 Kubernetes 的核心概念和应用，还成功实现了从 Web 应用开发到k8s部署的全流程

希望本文能为同学们提供有价值的参考，帮助大家在实际项目中更好地利用这些技术，提高开发效率和系统可靠性

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我是菜菜，热爱技术交流、分享与写作，喜欢图文并茂、通俗易懂的输出知识

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