{
"title": "使用 Helm 在 Kubernetes 上扩展 Node.js 应用",
"content": "使用 Helm 在 Kubernetes 上扩展 Node.js 应用\n\n引言\nKubernetes 是一个用于大规模运行现代化容器化应用程序的系统。借助它，开发者可以在机器集群上部署和管理应用。尽管 Kubernetes 可以用于提升单实例应用设置的效率和可靠性，但其设计初衷是在多组机器上运行应用的多个实例。\n\n在使用 Kubernetes 创建多服务部署时，许多开发者选择使用 Helm 包管理器。Helm 通过提供协调这些对象交互的图表和模板，简化了创建多个 Kubernetes 资源的过程。它还为主流的开源项目提供了预打包的图表。\n\n在本教程中，您将使用 Helm 图表将一个 Node.js 应用与 MongoDB 数据库部署到 Kubernetes 集群上。您将使用官方的 Helm MongoDB 副本集图表来创建一个由三个 Pod、一个 Headless Service 和三个 PersistentVolumeClaim 组成的 StatefulSet 对象。您还将创建一个图表，使用自定义的应用镜像来部署一个多副本的 Node.js 应用。\n\n如果您是初次连接 Node.js 和 MongoDB，《如何将 MongoDB 与您的 Node 应用集成》涵盖了基础知识；《从容器到 Kubernetes 与 Node.js》电子书扩展了此工作流。\n\n您将在本教程中构建的设置将镜像《使用 Docker Compose 容器化 Node.js 应用》中描述的代码功能，并将成为构建一个具有 MongoDB 数据存储、可根据需求扩展的弹性 Node.js 应用的绝佳起点。\n\n关键要点\n\n- 您将使用 Helm 图表在 Kubernetes 集群上部署 Node.js 应用和 MongoDB 数据库，以实现声明式、可重复的配置。\n
- MongoDB 将作为一个由三个 Pod（StatefulSet）组成的副本集运行，具有持久存储和一个用于稳定网络身份的无头服务。\n
- Node.js 应用将作为多副本 Deployment 运行，数据库连接详情通过 ConfigMaps 和 Secrets 提供的环境变量传递。\n
- 扩展分为无状态应用副本（由 Kubernetes Deployments 处理）和有状态的 MongoDB（由副本集和 Helm 图表值处理）。\n
- 此模式是生产就绪设置的基础；要自动扩展应用层，您可以在完成本教程后添加 Horizontal Pod Autoscaler。\n
- 在生产环境中增加副本数量之前，可观测性、资源请求和安全的 MongoDB 扩展实践至关重要。\n
\n\n架构概述\n本教程采用 Helm 优先的方法来定义一个可重复、声明式的堆栈，将无状态应用扩展与有状态数据库扩展分离。核心组件包括：\n\n- Node.js Deployment：应用的多个副本，用于水平扩展和高可用性。\n
- MongoDB StatefulSet：三个副本集成员，带有持久卷用于持久存储。\n
- ConfigMap 和 Secret：连接设置（主机名、端口、副本集名称）和凭据。\n
- Services：一个用于 MongoDB Pod DNS 解析的无头服务，以及一个用于 Node.js 应用的 LoadBalancer 服务。\n
\n数据流如下：外部流量到达 Node.js Service，应用从环境变量读取 MongoDB 连接设置，驱动程序通过 DNS 连接到 MongoDB 副本集成员。这种分离是 Kubernetes 扩展 Node.js 应用同时保持 MongoDB 在 Kubernetes 上可靠的基础。\n\n先决条件\n要完成本教程，您需要：\n\n\n第 1 步 — 克隆并打包应用\n为了在 Kubernetes 中使用我们的应用，我们需要将其打包，以便 kubelet 代理可以拉取镜像。然而，在打包应用之前，我们需要修改应用代码中的 MongoDB 连接 URI，以确保我们的应用能够连接到我们将使用 Helm mongodb-replicaset 图表创建的副本集成员。\n\n我们的第一步是从 DigitalOcean Community GitHub 账户克隆 node-mongo-docker-dev 仓库。此仓库包含《使用 Docker Compose 为开发容器化 Node.js 应用》中描述的设置代码，该设置使用一个带有 MongoDB 数据库的演示 Node.js 应用来展示如何使用 Docker Compose 设置开发环境。您可以在《从容器到 Kubernetes 与 Node.js》系列中找到关于应用本身的更多信息。\n\n将仓库克隆到名为 node_project 的目录中：\n- git clone https://github.com/do-community/node-mongo-docker-dev.git node_project
\n- 一个包含三个 Pod 的 StatefulSet 对象：MongoDB 副本集的成员。每个 Pod 将有一个关联的 PersistentVolumeClaim，并在重新调度时保持固定的身份。\n
- 一个由 StatefulSet 中的 Pod 组成的 MongoDB 副本集。该集合将包括一个主节点和两个从节点。数据将从主节点复制到从节点，确保我们的应用数据保持高可用性。\n
\n\n为了让我们的应用与数据库副本交互，我们代码中的 MongoDB 连接 URI 需要包含副本集成员的主机名以及副本集本身的名称。因此，我们需要在 URI 中包含这些值。\n\n我们克隆的仓库中指定数据库连接信息的文件名为 db.js。现在使用 nano 或您喜欢的编辑器打开该文件：\n\n\n目前，该文件包含在运行时在数据库连接 URI 中引用的常量。这些常量的值使用 Node 的 process.env 属性注入，该属性在运行时返回一个包含用户环境信息的对象。在我们的应用代码中动态设置值允许我们将代码与底层基础设施解耦，这在动态、无状态的环境中至关重要。有关以这种方式重构应用代码的更多信息，请参阅《使用 Docker Compose 为开发容器化 Node.js 应用》的第 2 步以及《12-Factor App》中的相关讨论。\n\n连接 URI 的常量和 URI 字符串本身目前如下所示：\n- ~/node_project/db.js\n...\nconst { MONGO_USERNAME, MONGO_PASSWORD, MONGO_HOSTNAME, MONGO_PORT, MONGO_DB } = process.env;\n...\nconst url = `mongodb://${MONGO_USERNAME}:${MONGO_PASSWORD}@${MONGO_HOSTNAME}:${MONGO_PORT}/${MONGO_DB}?authSource=admin`;\n...
- ~/node_project/db.js\n...\nconst { MONGO_USERNAME, MONGO_PASSWORD, MONGO_HOSTNAME, MONGO_PORT, MONGO_DB, MONGO_REPLICASET } = process.env;\n...\nconst url = `mongodb://${MONGO_USERNAME}:${MONGO_PASSWORD}@${MONGO_HOSTNAME}:${MONGO_PORT}/${MONGO_DB}?replicaSet=${MONGO_REPLICASET}&authSource=admin`;\n...
- docker build -t your_dockerhub_username/node-replicas .
- Output\nREPOSITORY TAG IMAGE ID CREATED SIZE\nyour_dockerhub_username/node-replicas latest 56a69b4bc882 7 seconds ago 90.1MB\nnode 10-alpine aa57b0242b33 6 days ago 71MB
- docker login -u your_dockerhub_username
- docker push your_dockerhub_username/node-replicas
\n- 一个用于我们的副本集密钥文件的 Secret，它将作为副本集成员之间的共享密码，允许它们相互认证。\n
- 一个用于我们的 MongoDB 管理员用户的 Secret，该用户将在 admin 数据库上创建为 root 用户。此角色将允许您在将应用部署到生产环境时创建具有有限权限的后续用户。\n
\n\n有了这些 Secrets，我们将能够在专用的值文件中设置我们首选的参数值，并使用 Helm 图表创建 StatefulSet 对象和 MongoDB 副本集。\n\n首先，让我们创建密钥文件。我们将使用 openssl 命令和 rand 选项生成一个 756 字节的随机字符串作为密钥文件：\n- openssl rand -base64 756 > key.txt
- kubectl create secret generic keyfilesecret --from-file=key.txt
- Output\nsecret/keyfilesecret created
- echo -n 'your_database_username' | base64
- echo -n 'your_database_password' | base64
- kubectl create -f your_yaml_file.yaml --dry-run --validate=true
- ~/node_project/secret.yaml\napiVersion: v1\nkind: Secret\nmetadata:\n name: mongo-secret\ndata:\n user: your_encoded_username\n password: your_encoded_password
- kubectl create -f secret.yaml
- Output\nsecret/mongo-secret created
\n- 我们将把 auth 参数设置为 true，以确保我们的数据库实例在启用授权的情况下启动。这意味着所有客户端都需要进行身份验证才能访问数据库资源和操作。\n
- 我们将添加有关我们在上一步中创建的 Secrets 的信息，以便图表可以使用这些值来创建副本集密钥文件和管理员用户。\n
- 我们将减小与 StatefulSet 中每个 Pod 关联的 PersistentVolumes 的大小，以使用最小的可行 DigitalOcean Block Storage 单元 1GB，但您可以自由修改以满足您的存储需求。\n
\n\n然而，在编写 mongodb-values.yaml 文件之前，您应该首先检查是否已创建并配置了 StorageClass 以提供存储资源。您的数据库 StatefulSet 中的每个 Pod 都将具有粘性身份和关联的 PersistentVolumeClaim，这将为 Pod 动态提供 PersistentVolume。如果 Pod 被重新调度，PersistentVolume 将被挂载到 Pod 被调度到的任何节点（尽管如果其关联的 Pod 或 StatefulSet 被永久删除，每个卷必须手动删除）。\n\n因为我们使用的是 DigitalOcean Kubernetes，所以我们的默认 StorageClass 提供程序设置为 dobs.csi.digitalocean.com（DigitalOcean Block Storage），我们可以通过输入以下内容来检查：\n\n\n如果您使用的是 DigitalOcean 集群，您将看到以下输出：\n- Output\nNAME PROVISIONER AGE\ndo-block-storage (default) dobs.csi.digitalocean.com 21m
\n- 启用授权。\n
- 引用您的 keyfilesecret 和 mongo-secret 对象。\n
- 为您的 PersistentVolumes 指定 1Gi。\n
- 将您的副本集名称设置为 db。\n
- 为集合指定 3 个副本。\n
- 将 mongo 镜像固定到撰写时的最新版本：4.1.9。\n
\n\n将以下代码粘贴到文件中：\n- ~/node_project/mongodb-values.yaml\nreplicas: 3\nport: 27017\nreplicaSetName: db\npodDisruptionBudget: {}\nauth:\n enabled: true\n existingKeySecret: keyfilesecret\n existingAdminSecret: mongo-secret\nimagePullSecrets: []\ninstallImage:\n repository: unguiculus/mongodb-install\n tag: 0.7\n pullPolicy: Always\ncopyConfigImage:\n repository: busybox\n tag: 1.29.3\n pullPolicy: Always\nimage:\n repository: mongo\n tag: 4.1.9\n pullPolicy: Always\nextraVars: {}\nmetrics:\n enabled: false\n image:\n repository: ssalaues/mongodb-exporter\n tag: 0.6.1\n pullPolicy: IfNotPresent\n port: 9216\n path: /metrics\n socketTimeout: 3s\n syncTimeout: 1m\n prometheusServiceDiscovery: true\nresources: {}\npodAnnotations: {}\nsecurityContext:\n enabled: true\n runAsUser: 999\n fsGroup: 999\n runAsNonRoot: true\ninit:\n resources: {}\n timeout: 900\nresources: {}\nnodeSelector: {}\naffinity: {}\ntolerations: []\nextraLabels: {}\npersistentVolume:\n enabled: true\n #storageClass: "-"\n accessModes:\n - ReadWriteOnce\n size: 1Gi\n annotations: {}\nserviceAnnotations: {}\nterminationGracePeriodSeconds: 30\ntls:\n enabled: false\nconfigmap: {}\nreadinessProbe:\n initialDelaySeconds: 5\n timeoutSeconds: 1\n failureThreshold: 3\n periodSeconds: 10\n successThreshold: 1\nlivenessProbe:\n initialDelaySeconds: 30\n timeoutSeconds: 5\n failureThreshold: 3\n periodSeconds: 10\n successThreshold: 1
- helm install --name mongo -f mongodb-values.yaml stable/mongodb-replicaset
- helm install --name your_release_name -f your_values_file.yaml --dry-run --debug your_chart
- Output\nNAME: mongo\nLAST DEPLOYED: Tue Apr 16 21:51:05 2019\nNAMESPACE: default\nSTATUS: DEPLOYED\n\nRESOURCES:\n==> v1/ConfigMap\nNAME DATA AGE\nmongo-mongodb-replicaset-init 1 1s\nmongo-mongodb-replicaset-mongodb 1 1s\nmongo-mongodb-replicaset-tests 1 0s\n...
- Output\nNAME READY STATUS RESTARTS AGE\nmongo-mongodb-replicaset-0 1/1 Running 0 67s\nmongo-mongodb-replicaset-1 0/1 Init:0/3 0 8s
- Output\nNAME READY STATUS RESTARTS AGE\nmongo-mongodb-replicaset-0 1/1 Running 0 2m33s\nmongo-mongodb-replicaset-1 1/1 Running 0 94s\nmongo-mongodb-replicaset-2 1/1 Running 0 36s
- kubectl describe pods your_pod\nkubectl logs your_pod
- kubectl get statefulset\nOutput\nNAME READY AGE\nmongo-mongodb-replicaset 3/3 4m2s
- kubectl get svc\nOutput\nNAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE\nkubernetes ClusterIP 10.245.0.1 <none> 443/TCP 42m\nmongo-mongodb-replicaset ClusterIP None <none> 27017/TCP 4m35s\nmongo-mongodb-replicaset-client ClusterIP None <none> 27017/TCP 4m35s
\n- 副本集健康状态：在添加或删除成员之前，确认所有成员都是 PRIMARY 或 SECONDARY 并且完全同步。\n
- 存储大小调整：PersistentVolumeClaims 必须为增长而调整大小。不支持以后减小大小。\n
- 写入关注：在生产环境中，使用多数写入关注以确保跨副本的持久性。\n
- Pod 中断：保持 PodDisruptionBudget，以便日常维护不会一次驱逐太多 MongoDB Pod。\n
- 连接字符串准确性：每当副本集名称或成员更改时，更新 MONGO_HOSTNAME 和 MONGO_REPLICASET。\n
\n这可以保持 MongoDB StatefulSets 的稳定，并避免在扩展事件期间出现脑裂或数据丢失。\n\n第 4 步 — 创建自定义应用图表并配置参数\n我们将为我们的 Node 应用创建一个自定义 Helm 图表，并修改标准图表目录中的默认文件，以便我们的应用可以与刚刚创建的副本集一起工作。我们还将创建文件来为我们的应用定义 ConfigMap 和 Secret 对象。\n\n首先，使用以下命令创建一个名为 nodeapp 的新图表目录：\n\n\n这将在您的 ~/node_project 文件夹中创建一个名为 nodeapp 的目录，其中包含以下资源：\n\n- 一个 Chart.yaml 文件，包含有关您的图表的基本信息。\n
- 一个 values.yaml 文件，允许您设置特定的参数值，就像您对 MongoDB 部署所做的那样。\n
- 一个 .helmignore 文件，包含在打包图表时将忽略的文件和目录模式。\n
- 一个 templates/ 目录，包含将生成 Kubernetes 清单的模板文件。\n
- 一个 templates/tests/ 目录用于测试文件。\n
- 一个 charts/ 目录用于此图表依赖的任何图表。\n
\n\n我们将修改的这些默认文件中的第一个是 values.yaml。现在打开该文件：\n\n\n我们将在此处设置的值包括：\n\n- 副本数量。\n
- 我们想要使用的应用镜像。在我们的例子中，这将是我们在第 1 步中创建的 node-replicas 镜像。\n
- ServiceType。在本例中，我们将指定 LoadBalancer 以为我们的应用创建一个测试访问点。因为我们使用的是 DigitalOcean Kubernetes 集群，所以在部署图表时，这将创建一个 DigitalOcean Load Balancer。在生产环境中，您可以配置图表以使用 Ingress Resources 和 Ingress Controllers 将流量路由到您的服务。\n
- targetPort 以指定 Pod 上暴露我们应用的端口。\n
\n\n我们不会将环境变量输入到此文件中。相反，我们将为 ConfigMap 和 Secret 对象创建模板，并将这些值添加到我们的应用 Deployment 清单中，该清单位于 ~/node_project/nodeapp/templates/deployment.yaml。\n\n在 values.yaml 文件中配置以下值：\n- ~/node_project/nodeapp/values.yaml\n# Default values for nodeapp.\n# This is a YAML-formatted file.\n# Declare variables to be passed into your templates.\n\nreplicaCount: 3\n\nimage:\n repository: your_dockerhub_username/node-replicas\n tag: latest\n pullPolicy: IfNotPresent\n\nnameOverride: ""\nfullnameOverride: ""\n\nservice:\n type: LoadBalancer\n port: 80\n targetPort: 8080\n...
- nano nodeapp/templates/secret.yaml
- ~/node_project/nodeapp/templates/secret.yaml\napiVersion: v1\nkind: Secret\nmetadata:\n name: {{ .Release.Name }}-auth\ndata:\n MONGO_USERNAME: your_encoded_username\n MONGO_PASSWORD: your_encoded_password
- nano nodeapp/templates/configmap.yaml
- ~/node_project/nodeapp/templates/configmap.yaml\napiVersion: v1\nkind: ConfigMap\nmetadata:\n name: {{ .Release.Name }}-config\ndata:\n MONGO_HOSTNAME: "mongo-mongodb-replicaset-0.mongo-mongodb-replicaset.default.svc.cluster.local,mongo-mongodb-replicaset-1.mongo-mongodb-replicaset.default.svc.cluster.local,mongo-mongodb-replicaset-2.mongo-mongodb-replicaset.default.svc.cluster.local"\n MONGO_PORT: "27017"\n MONGO_DB: "sharkinfo"\n MONGO_REPLICASET: "db"
原文链接：Scale Node.js Apps on Kubernetes with Helm |
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