在專案開發中，Docker Compose 是一種常見的工具，能夠幫助開發者在本地輕鬆啟動多容器應用。然而，當應用擴充套件到生產環境，單節點的 Docker Compose 可能無法滿足高可用性、容錯和擴充套件需求。這時候，我們可以考慮將 Docker Compose 部署遷移到 Kubernetes 這樣的叢集環境中，實現應用的叢集化管理。
本文將以我之前開發的一個 Node.js 應用(一個線上流程圖系統)為例，使用 PostgreSQL、Adminer 管理資料庫，介紹如何將單節點的 Docker Compose 部署轉化為 Kubernetes 叢集部署。
Docker Compose 配置
這是一個典型的 docker-compose.yml 檔案，它定義了一個使用 PostgreSQL 作為資料庫，Adminer 作為資料庫管理介面，Node.js 應用作為服務的環境。
version: "3.8" services: db: image: postgres volumes: - pg_data:/var/lib/postgresql/data restart: always ports: - 5432:5432 environment: POSTGRES_DB: pro POSTGRES_USER: admin POSTGRES_PASSWORD: example adminer: image: adminer restart: always ports: - 8080:8080 app: image: maqi1520/cloneprocesson ports: - "3000:3000" environment: DATABASE_URL: "postgresql://admin:example@db:5432/pro?schema=public" JWT_SECRET: "xxxx" GITHUB_CLIENT_ID: "xxxx" GITHUB_CLIENT_SECRET: "xxxx" DOMAIN: "http://localhost:3000" EMAIL_USER: "xxxx@163.com" EMAIL_USER_NAME: "xxxxx" EMAIL_HOST: "smtp.163.com" EMAIL_PASS: "xxxx" depends_on: - db volumes: pg_data:
此配置可以在本地使用 docker-compose up -d 命令啟動，但如果要將其部署在生產環境中並確保高可用性，則需要遷移到 Kubernetes。接下來，我們將介紹如何完成這一轉化。
Kubernetes 叢集化部署概述
在 Kubernetes 中，使用多個資源來管理應用的不同元件。與 Docker Compose 的單一檔案不同，Kubernetes 使用 Deployment、StatefulSet、Service、ConfigMap、Secret 等多個配置檔案來描述和管理容器化應用。
爲了將上述 Docker Compose 配置轉移到 Kubernetes，我們需要以下幾種關鍵元件：
PostgreSQL StatefulSet：用於管理資料庫容器，保證資料永續性。
Deployment：用於部署 Node.js 應用和 Adminer，確保應用的可擴充套件性。
Service：為應用提供叢集內外的訪問介面。
Secret：用於儲存敏感資訊（如資料庫憑證、API 金鑰等）。
Step 1: 將 PostgreSQL 部署為 StatefulSet
在 Kubernetes 中，StatefulSet 用於管理有狀態應用（例如資料庫），它確保資料庫例項的永續性和穩定性。我們首先需要建立一個用於儲存資料庫憑證的 Secret，然後再建立 StatefulSet。
PostgreSQL Secret
apiVersion: v1 kind: Secret metadata: name: postgres-secret type: Opaque data: DATABASE_URL: cG9zdGdyZXNxbDovL2FkbWluOmV4YW1wbGVAcG9zdGdyZXM6NTQzMi9wcm8/c2NoZW1hPXB1YmxpYw== # base64編碼的 "postgresql://admin:example@postgres:5432/pro?schema=public" POSTGRES_DB: "cHJv" # "pro" encoded in base64 POSTGRES_USER: "YWRtaW4=" # "admin" encoded in base64 POSTGRES_PASSWORD: "ZXhhbXBsZQ==" # "example" encoded in base64
在 Kubernetes 中，Secret 中的資料可以使用 base64 編碼是一種常見的做法，但不是必須的。
在 Linux 和 macOS 系統中，可以使用 base64 命令。例如，要對字串 “postgresql://admin:example@postgres:5432/pro?schema=public” 進行編碼，可以在終端中執行以下命令：
echo -n "postgresql://admin:example@postgres:5432/pro?schema=public" | base64
在 Windows 系統中，可以使用 PowerShell 中的[Convert]::ToBase64String([Text.Encoding]::UTF8.GetBytes("postgresql://admin:example@postgres:5432/pro?schema=public"))命令。
Kubernetes 的 Secret 物件可以儲存任意資料，但爲了確保資料的安全性和可讀性，通常會進行某種形式的編碼或加密。
PostgreSQL StatefulSet
apiVersion: apps/v1 kind: StatefulSet metadata: name: postgres spec: serviceName: "postgres" replicas: 1 selector: matchLabels: app: postgres template: metadata: labels: app: postgres spec: containers: - name: postgres image: postgres:latest ports: - containerPort: 5432 env: - name: POSTGRES_DB valueFrom: secretKeyRef: name: postgres-secret key: POSTGRES_DB - name: POSTGRES_USER valueFrom: secretKeyRef: name: postgres-secret key: POSTGRES_USER - name: POSTGRES_PASSWORD valueFrom: secretKeyRef: name: postgres-secret key: POSTGRES_PASSWORD volumeMounts: - name: pg-data mountPath: /var/lib/postgresql/data volumeClaimTemplates: - metadata: name: pg-data spec: accessModes: ["ReadWriteOnce"] resources: requests: storage: 1Gi
透過 StatefulSet，我們確保了資料庫資料的持久化儲存和穩定的網路標識。每個副本都可以訪問持久儲存卷。
PostgreSQL Service
apiVersion: v1 kind: Service metadata: name: postgres spec: ports: - port: 5432 selector: app: postgres
Service 用於暴露 PostgreSQL 服務，使得應用可以透過叢集內部的 DNS 名稱 postgres 訪問資料庫。
Step 2: Node 應用程式的 Deployment 和 Secret
接下來，我們為 Node.js 應用建立一個 Deployment，並透過 Secret 管理敏感資料，例如資料庫 URL、JWT 金鑰和 GitHub API 憑證。
應用程式的 Secret
apiVersion: v1 kind: Secret metadata: name: app-secret type: Opaque data: jwt-secret: "YOUR_ENCODED_JWT_SECRET" github-client-id: "YOUR_ENCODED_GITHUB_CLIENT_ID" github-client-secret: "YOUR_ENCODED_GITHUB_CLIENT_SECRET"
應用程式 Deployment
apiVersion: apps/v1 kind: Deployment metadata: name: app spec: replicas: 1 selector: matchLabels: app: app template: metadata: labels: app: app spec: containers: - name: app image: maqi1520/cloneprocesson:latest ports: - containerPort: 3000 env: - name: DATABASE_URL valueFrom: secretKeyRef: name: app-secret key: DATABASE_URL - name: JWT_SECRET valueFrom: secretKeyRef: name: app-secret key: jwt-secret - name: GITHUB_CLIENT_ID valueFrom: secretKeyRef: name: app-secret key: github-client-id - name: GITHUB_CLIENT_SECRET valueFrom: secretKeyRef: name: app-secret key: github-client-secret
應用程式 Service
apiVersion: v1 kind: Service metadata: name: app spec: type: LoadBalancer ports: - port: 3000 selector: app: app
Step 3: Adminer Deployment 和 Service
最後，Adminer 作為資料庫管理介面，也需要用 Deployment 和 Service 部署。
Adminer Deployment
apiVersion: apps/v1 kind: Deployment metadata: name: adminer spec: replicas: 1 selector: matchLabels: app: adminer template: metadata: labels: app: adminer spec: containers: - name: adminer image: adminer:latest ports: - containerPort: 8080
Adminer Service
apiVersion: v1 kind: Service metadata: name: adminer spec: type: LoadBalancer ports: - port: 8080 selector: app: adminer
Step 4: 部署步驟
將
Secret和Deployment等資源應用到 Kubernetes 叢集：kubectl apply -f postgres-secret.yml kubectl apply -f postgres-statefulset.yml kubectl apply -f postgres-service.yml kubectl apply -f app-secret.yml kubectl apply -f app-deployment.yml kubectl apply -f app-service.yml kubectl apply -f adminer-deployment.yml kubectl apply -f adminer-service.yml
這將會啟動 PostgreSQL 資料庫例項，併爲資料庫提供持久儲存，應用程式將透過
Secret獲取敏感資訊，並連線到 PostgreSQL 資料庫。Service將會為外部客戶端提供訪問 Node.js 應用的入口。 Adminer 將作為資料庫管理介面透過叢集的LoadBalancer公開出來，允許你直接管理 PostgreSQL 資料。
Step 5: 驗證和監控
完成部署後，你可以透過以下方式驗證叢集的執行情況：
檢視所有資源是否成功建立：
kubectl get pods kubectl get services kubectl get statefulsets
驗證 PostgreSQL 連線：
可以透過訪問 Adminer 服務，驗證 PostgreSQL 資料庫是否正常工作。你可以使用瀏覽器訪問
http://<LoadBalancer_IP>:8080，然後使用 Secret 中的資料庫憑證登入。驗證應用程式連線：
訪問 Node.js 應用的
Service地址，檢視應用是否能正常連線 PostgreSQL 資料庫，併成功啟動。
如果使用本地部署可以使用minikube service app看到應用地址，他會自動開啟部署 url 埠。
Kubernetes 部署的優勢
相比於 Docker Compose 單節點部署，Kubernetes 的叢集化部署具備以下幾個顯著優勢：
高可用性和容錯：Kubernetes 提供了原生的自動重啟、容器健康檢查、橫向擴充套件等機制，使得應用能夠在出現問題時自動恢復。
自動擴充套件：你可以根據負載的變化，透過 Kubernetes 自動或手動擴充套件應用的副本數，保證應用能夠處理更多請求。
滾動更新：透過 Kubernetes，你可以實現應用的滾動更新，逐步替換舊版本的容器，而不會導致服務中斷。
資源分配和最佳化：Kubernetes 允許更精細地控制資源的使用，如 CPU 和記憶體，確保叢集資源的合理利用。
Secret 和 ConfigMap：透過 Secret 和 ConfigMap，Kubernetes 提供了更安全和動態的方式來管理應用的配置和敏感資訊，避免將敏感資料硬編碼在映象或程式碼中。
總結
將 Docker Compose 的單節點部署遷移到 Kubernetes，不僅能夠使應用從本地開發階段順利過渡到生產環境，還可以透過 Kubernetes 提供的叢集管理能力來提高系統的高可用性、彈性擴充套件和安全性。
在本文中，我們透過將 Docker Compose 配置中的 PostgreSQL、Adminer 和自定義 Node.js 應用遷移到 Kubernetes，學習瞭如何利用 StatefulSet、Deployment、Secret 和 Service 等 Kubernetes 資源來管理和部署複雜的叢集化應用。這種方式可以幫助你在生產環境中實現更加靈活、安全和可擴充套件的容器管理。
