將以 VM 為基礎的應用程式移動到 Kubernetes

使用 VM 的傳統應用程式架構

下圖顯示了以虛擬機器為基礎的傳統應用程式架構範例。

1. 使用者傳送要求至應用程式的公用端點。 公用端點由負載平衡器服務代表，該負載平衡器可對各個可用應用程式伺服器實例之間的送入網路資料流量進行負載平衡。
2. 負載平衡器選取一個在 VM 上執行的執行狀況良好的應用程式伺服器實例，並轉遞要求。 應用程式程式碼、組態檔案和相依性等應用程式檔案儲存在應用程式伺服器虛擬機器上。
3. 應用程式伺服器將應用程式資料儲存於在資料庫虛擬機器上執行的 MySQL 資料庫中。

容器化的架構

下圖顯示了在 Kubernetes 叢集裡執行的現代容器架構的範例。

1. 使用者傳送要求至應用程式的公用端點。 公用端點由 Ingress 應用程式負載平衡器 (ALB) 代表，該負載平衡器對叢集裡各個應用程式 Pod 之間的送入網路資料流量進行負載平衡。 ALB 是一組規則，容許入埠網路資料流量進入公用的公開應用程式。
2. ALB 將要求轉遞到叢集裡某個可用的應用程式 Pod。 應用程式 Pod 在工作者節點上執行，這些節點可以是虛擬機器，也可以是實體機器。
3. 應用程式 Pod 將資料儲存在持續性磁區中。 持續性磁區可用於在應用程式實例或工作者節點之間共用資料。
4. 應用程式 Pod 將資料儲存在 IBM Cloud 資料庫服務中。 您可以在 Kubernetes 叢集裡執行自己的資料庫，但使用受管理的資料庫即服務 (DBaaS) 通常更容易進行配置，並且提供了內建的備份和調整。 您可以在 IBM Cloud 型錄 中找到許多類型的資料庫。

VM、容器和 Kubernetes

Kubernetes Service 提供了在 Kubernetes 叢集裡執行容器化應用程式的功能，並交付了下列工具和功能：

• 直觀的使用者體驗和強大的工具。
• 內建安全性與隔離功能，可快速傳送安全的應用程式。
• 包含 IBM® Watson™ 認知功能的雲端服務。
• 能夠為無狀態應用程式和有狀態工作負載管理專用群集資源。

IBM 為您做什麼

透過將 Kubernetes 叢集與 IBM Cloud Kubernetes Service 一起使用，您可獲得下列優點：

• 可在其中部署叢集的多個資料中心。
• 對 Ingress 和負載平衡器網路連線功能選項的支援。
• 動態持續性磁區支援。
• IBM 管理的高可用性 Kubernetes 主節點。

非持續資料儲存空間

根據設計，容器和 Pod 的生存時間短，並且可能會非預期故障。 您可以在容器的本端檔案系統中儲存資料。 容器內的資料不能與其他容器或 Pod 共用，並且在容器當機或被移除時會遺失。

瞭解如何為應用程式建立持續資料儲存空間

您可以使用原生 Kubernetes 持久卷，在 NFS 檔案儲存 或區塊儲存上持久化應用程式資料和容器資料。

若要佈建 NFS 檔案儲存空間或區塊儲存空間，必須透過建立持續性磁區要求 (PVC) 來為 Pod 要求儲存空間。 在 PVC 中，您可以選擇預先定義的儲存類別，這些類別定義了儲存類型、以 GB 為單位的儲存容量、IOPS、資料保留政策，以及儲存的讀寫權限。 PVC 動態佈建持續性磁區 (PV)，用於代表 IBM Cloud 中的實際儲存裝置。 您可以將 PVC 裝載到 Pod 中以在 PV 中進行讀寫。 儲存在 PV 中的資料即使在容器當機或者 Pod 重新排定的情況下也是可用的。 支援 PV 的 NFS 檔案儲存和區塊儲存由 IBM，為您的資料提供高可用性。

若要瞭解如何建立 PVC，請遵循 Kubernetes Service 儲存空間文件中的步驟。

瞭解如何將現有資料移動到持續性儲存空間

若要將資料從本端機器複製到持續性儲存空間中，必須將 PVC 裝載到 Pod。 然後可以將資料從本端機器複製到 Pod 中的持續性磁區。

1. 若要複製資料，首先，您需要建立類似這樣的設定：

   kind: Pod
   apiVersion: v1
   metadata:
     name: task-pv-pod
   spec:
     volumes:
       - name: task-pv-storage
         persistentVolumeClaim:
          claimName: mypvc
     containers:
       - name: task-pv-container
         image: nginx
         ports:
           - containerPort: 80
             name: "http-server"
         volumeMounts:
           - mountPath: "/mnt/data"
             name: task-pv-storage
   

2. 然後，若要將資料從本端機器複製到 Pod，需要使用如下指令：

    kubectl cp <local_filepath>/<filename> <namespace>/<pod>:<pod_filepath>
   

3. 將資料從叢集裡的 Pod 複製到本端機器：

   kubectl cp <namespace>/<pod>:<pod_filepath>/<filename> <local_filepath>/<filename>
   

為持續性儲存空間設定備份

檔案共用和區塊儲存空間會佈建到叢集所在的相同位置。 儲存空間本身由 IBM 在叢集伺服器上管理以提供高可用性。 但是，檔案共用和區塊儲存空間不會自動進行備份，因此它們在整個位置發生故障時可能無法進行存取。 為了防止資料遺失或損壞，可以設定定期備份，以便在需要時可用於還原資料。

如需詳細資訊，請參閱 儲存規劃 NFS 檔案儲存和區塊儲存的選項。

套用 12 因子原則

十二要素應用程式是建立雲端原生應用程式的方法論。 當您要將應用程式容器化、將此應用程式移動到雲端，以及利用 Kubernetes 編排應用程式時，請務必瞭解並套用其中一些原則。 IBM Cloud 中要求使用其中一些原則。

需要下列主要原則:

• 程式碼庫 - 在版本控制系統（如 Git 儲存庫）中追蹤所有原始碼和配置檔，這在使用 DevOps 管線進行部署時是必要的。
• 建置、發佈、執行 - 12 因子應用程式在建置、發佈和執行階段之間使用嚴格分離。 這可以使用整合的 DevOps Delivery Pipeline 自動化，以在將應用程式部署到叢集之前先建置和測試應用程式。 請參閱 在 Kubernetes 指導教學，以瞭解如何設定持續整合及交付管線。 它涵蓋了原始碼控制、建立、測試和部署階段的設定，並教您如何新增整合，例如安全掃描器、通知和分析。
• 配置 - 所有配置資訊都儲存在環境變數中。 任何服務認證都不會在應用程式程式碼中進行硬編碼。 若要儲存認證，可以使用 Kubernetes 密碼。 稍後將進一步瞭解認證。

將認證儲存在 Kubernetes 密碼中

將認證儲存在應用程式碼中絕不是一個好的作法。 相反地，Kubernetes 提供所謂的 「秘密」 來保存敏感資訊，例如密碼、OAuth 令牌或 SSH 金鑰。 Kubernetes 秘密預設是加密的，這使得秘密成為儲存敏感資料的更安全、更靈活的選項，而不是將這些資料逐字儲存於 pod 定義或容器映像中。

在 Kubernetes 中使用秘密的一種方法是像這樣做：

1. 建立稱為 cloud-secrets.txt 的檔案，並儲存其中任何雲端服務的服務認證。

   {
       "url": "<SERVICE_URL>",
       "api_key": <API_Key>
   }
   

2. 然後，執行下列指令建立 Kubernetes secret，並在執行下列指令後使用 kubectl get secrets 驗證是否已建立 secret：

   kubectl create secret generic cloud-service-secret --from-file=cloud-secrets.txt=./cloud-secrets.txt
   

瞭解如何建立 Kubernetes deployment.yaml 檔案

若要建立 Kubernetes deployment.yaml 檔案，請執行下列動作：

1. 建立 deployment.yaml 檔案，以下是 部署 YAML 檔案的範例。

2. 在您的 deployment.yaml 檔案中，您可以為您的容器 定義資源配額，以指定每個容器需要多少 CPU 和記憶體才能正常啟動。 如果容器已指定資源配額，則 Kubernetes 排程器在決定將 Pod 放置在哪個工作者節點上時，可以做出更好的選擇。

3. 接下來，您可以使用下列指令來建立和檢視已建立的部署和服務：

   kubectl create -f <filepath/deployment.yaml>
   kubectl get deployments
   kubectl get services
   kubectl get pods