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本文是作者通过亲身实践，从零基础开始，一步一步总结出来的 Kubernetes 持续部署工作流程。文章从前期的工具准备开始，到复刻存储库、测试、构建镜像、构建流水线最后进行部署，所有的工作流程都一一展现在文章中，对于想要拥有全自动持续交付流水线的用户将有很大的借鉴意义。

在很久很久以前的一份工作中，我的任务是将老式的 LAMP 堆栈切换到 Kubernetes 上。那会儿我的老板总是追逐新技术，认为只需要几天时间就能够完成新旧技术的迭代——鉴于那时我们甚至对容器的工作机制一无所知，所以不得不说老板的想法真的很大胆。

在阅读了官方文档并且搜索了很多信息之后，我们开始感到不知所措——有许多新的概念需要学习：pod、容器以及 replica 等。对我而言，Kubernetes 似乎只是为一群聪明的开发者而设计的。

然后我做了我在这一状况下常做的事：通过实践来学习。通过一个简单的例子可以很好地理解错综复杂的问题，所以我自己一步一步完成了整个部署过程。

最后，我们做到了，虽然远未达到规定的一周时间——我们花了将近一个月的时间来创建三个集群，包括它们的开发、测试和生产。

本文我将详细介绍如何将应用程序部署到 Kubernetes。阅读完本文之后，你将拥有一个高效的 Kubernetes 部署和持续交付工作流程。

持续集成是在每次应用程序更新时构建和测试的实践。通过以少量的工作，更早地检测到错误并立即解决。

集成完成并且所有测试都通过之后，我们就能够添加持续交付到自动化发布和部署的流程中。使用 CI/CD 的项目可以更频繁、更可靠地发布。

我们将使用 Semaphore，这是一个快速、强大且易用地持续集成和交付（CI/CD）平台，它能够自动执行所有流程：

1、安装项目依赖项

2、运行单元测试

3、构建一个 Docker 镜像

4、Push 镜像到 Docker Hub

5、一键 Kubernetes 部署

对于应用程序，我们有一个 Ruby Sinatra 微服务，它暴露一些 HTTP 端点。该项目已包含部署所需的所有内容，但仍需要一些组件。

在开始操作之前，你需要登录 Github 和 Semaphore 账号。此外，为后续方便拉取或 push Docker 镜像，你需要登录 Docker Hub。

接下来，你需要在计算机上安装一些工具：

Git：处理代码
curl：网络的“瑞士军刀”
kubectl：远程控制你的集群

当然，千万不要忘了 Kubernetes。大部分的云供应商都以各种形式提供此服务，选择适合你的需求的即可。最低端的机器配置和集群大小足以运行我们示例的 app。我喜欢从 3 个节点的集群开始，但你可以只用 1 个节点的集群。

集群准备好之后，从你的供应商中下载 kubeconfig 文件。有些允许你直接从其 web 控制台下载，有些则需要帮助程序。我们需要此文件才能连接到集群。

有了这个，我们已经可以开始了。首先要做的是 fork 存储库。

在这篇文章中 fork 我们将使用的演示应用程序。

访问 semaphore-demo-ruby-kubernetes 存储库，并且点击右上方的 Fork 按钮
点击 Clone or download 按钮并且复制地址
复制存储库：$ git clone https://github.com/your_repos……

使用 Semaphore 连接新的存储库

1、登录到你的 Semaphore

2、点击侧边栏的链接，创建一个新项目

3、点击你的存储库旁【Add Repository】按钮

持续集成让测试变得有趣并且高效。一个完善的 CI 流水线能够创建一个快速反馈回路以在造成任何损失之前发现错误。我们的项目附带一些现成的测试。

打开位于.semaphore/semaphore.yml 的初始流水线文件，并快速查看。这个流水线描述了 Semaphore 构建和测试应用程序所应遵循的所有步骤。它从版本和名称开始。

version: v1.0
name: CI

接下来是 agent，它是为 job 提供动力的虚拟机。我们可以从 3 种类型中选择：

agent:
  machine:
    type: e1-standard-2
    os_image: ubuntu1804

Block（块）、任务以及 job 定义了在流水线的每个步骤中要执行的操作。在 Semaphore，block 按照顺序运行，与此同时，在 block 中的 job 也会并行运行。流水线包含 2 个 block，一个是用于库安装，一个用于运行测试。

第一个 block 下载并安装了 Ruby gems。

- name: Install dependencies
  task:
    jobs:
      - name: bundle install
        commands:
          - checkout
          - cache restore gems-$SEMAPHORE_GIT_BRANCH-$(checksum Gemfile.lock),gems-$SEMAPHORE_GIT_BRANCH,gems-master
          - bundle install --deployment --path .bundle
          - cache store gems-$SEMAPHORE_GIT_BRANCH-$(checksum Gemfile.lock) .bundle

Checkout 复制了 Github 里的代码。既然每个 job 都在完全隔离的机器里运行，那么我们必须依赖缓存（cache）来在 job 运行之间存储和检索文件。


blocks:
  - name: Install dependencies
    task:
      jobs:
        - name: bundle install
          commands:
            - checkout
            - cache restore gems-$SEMAPHORE_GIT_BRANCH-$(checksum Gemfile.lock),gems-$SEMAPHORE_GIT_BRANCH,gems-master
            - bundle install --deployment --path .bundle
            - cache store gems-$SEMAPHORE_GIT_BRANCH-$(checksum Gemfile.lock) .bundle

第二个 block 进行测试。请注意我们重复使用了 checkout 和 cache 的代码以将初始文件放入 job 中。最后一个命令用于启动 RSpec 测试套件。

- name: Tests
  task:
    jobs:
      - name: rspec
        commands:
          - checkout
          - cache restore gems-$SEMAPHORE_GIT_BRANCH-$(checksum Gemfile.lock),gems-$SEMAPHORE_GIT_BRANCH,gems-master
          - bundle install --deployment --path .bundle
          - bundle exec rspec

最后一个部分我们来看看 Promotion。Promotion 能够在一定条件下连接流水线以创建复杂的工作流程。所有 job 完成之后，我们使用 auto_promote_on 来启动下一个流水线。

promotions:
  - name: Dockerize
    pipeline_file: docker-build.yml
    auto_promote_on:
      - result: passed

工作流程继续执行下一个流水线。

我们可以在 Kubernetes 上运行任何东西，只要它打包在 Docker 镜像中。在这一部分，我们将学习如何构建镜像。

我们的 Docker 镜像将包含应用程序的代码、Ruby 以及所有的库。让我们先来看一下 Dockerfile：

FROM ruby:2.5
 
RUN apt-get update -qq && apt-get install -y build-essential
 
ENV APP_HOME /app
RUN mkdir $APP_HOME
WORKDIR $APP_HOME
 
ADD Gemfile* $APP_HOME/
RUN bundle install --without development test
 
ADD . $APP_HOME
 
EXPOSE 4567
 
CMD ["bundle", "exec", "rackup", "--host", "0.0.0.0", "-p", "4567"]

Dockerfile 就像一个详细的菜谱，包含所有构建容器镜像所需要的步骤和命令：

1、从预构建的 ruby 镜像开始

2、使用 apt-get 安装构建工具

3、复制 Gemfile，因为它具有所有的依赖项

4、用 bundle 安装它们

5、复制 app 的源代码

6、定义监听端口和启动命令

我们将在 Semaphore 环境中 bake 我们的生产镜像。然而，如果你想要在计算机上进行一个快速的测试，那么请输入：

$ docker build . -t test-image

使用 Docker 运行和暴露内部端口 4567 以在本地启动服务器：

$ docker run -p 4567:4567 test-image

你现在可以测试一个可用的 HTTP 端点：

$ curl -w "\n" localhost:4567
hello world :))

Semaphore 有一个安全的机制以存储敏感信息，如密码、令牌或密钥等。为了能够 push 镜像到你的 Docker Hub 镜像仓库中，你需要使用你的用户名和密码来创建一个 Secret：

打开你的 Semaphore
在左侧导航栏中，点击【Secret】
点击【Creat New Secret】
Secret 的名字应该是 Dockerhub，键入登录信息（如下图所示），并保存。

这个流水线开始构建并且 push 镜像到 Docker Hub，它仅仅有 1 个 block 和 1 个 job：

这次，我们需要使用更好的性能，因为 Docker 往往更加耗费资源。我们选择具有四个 CPU，8GB RAM 和 35GB 磁盘空间的中端机器 e1-standard-4：

version: v1.0
name: Docker build
agent:
  machine:
    type: e1-standard-4
    os_image: ubuntu1804

构建 block 通过登录到 Docker Hub 启动，用户名和密码可以从我们刚创建的 secret 导入。登录之后，Docker 可以直接访问镜像仓库。

下一个命令是 docker pull，它试图拉取最新镜像。如果找到镜像，那么 Docker 可能能够重新使用其中的一些层，以加速构建过程。如果没有最新镜像，也无需担心，只是需要花费长一点的时间来构建。

最后，我们 push 新的镜像。注意，这里我们使用 SEMAPHORE_WORKFLOW_ID 变量来标记镜像。

blocks:
  - name: Build
    task:
      secrets:
        - name: dockerhub
      jobs:
      - name: Docker build
        commands:
          - echo "${DOCKER_PASSWORD}" | docker login -u "${DOCKER_USERNAME}" --password-stdin
          - checkout
          - docker pull "${DOCKER_USERNAME}"/semaphore-demo-ruby-kubernetes:latest || true
          - docker build --cache-from "${DOCKER_USERNAME}"/semaphore-demo-ruby-kubernetes:latest -t "${DOCKER_USERNAME}"/semaphore-demo-ruby-kubernetes:$SEMAPHORE_WORKFLOW_ID .
          - docker images
          - docker push "${DOCKER_USERNAME}"/semaphore-demo-ruby-kubernetes:$SEMAPHORE_WORKFLOW_ID

当镜像准备完毕，我们进入项目的交付阶段。我们将用手动 promotion 来扩展我们的 Semaphore 流水线。

promotions:
  - name: Deploy to Kubernetes
    pipeline_file: deploy-k8s.yml

要进行第一次自动构建，请进行 push：

$ touch test-build
$ git add test-build
$ git commit -m "initial run on Semaphore“$ git push origin master

镜像准备完成之后，我们就可以进入部署阶段。

自动部署是 Kubernetes 的强项。我们所需要做的就是告诉集群我们最终的期望状态，剩下的将由它来负责。

然而，在部署之前，你必须将 kubeconfig 文件上传到 Semaphore。

我们需要第二个 secret：集群的 kubeconfig。这个文件授予可以对它的管理访问权限。因此，我们不希望将文件签入存储库。

创建一个名为 do-k8s 的 secret 并且将 kubeconfig 文件上传到 /home/semaphore/.kube/dok8s.yaml 中：

尽管 Kubernetes 已经是容器编排平台，但是我们不直接管理容器。实际上，部署的最小单元是 pod。一个 pod 就好像一群形影不离的朋友，总是一起去同一个地方。因此要保证在 pod 中的容器运行在同一个节点上并且有相同的 IP。它们可以同步启动和停止，并且由于它们在同一台机器上运行，因此它们可以共享资源。

pod 的问题在于它们可以随时启动和停止，我们没办法确定它们会被分配到的 pod IP。要把用户的 http 流量转发，还需要提供一个公共 IP 和一个负载均衡器，它负责跟踪 pod 和转发客户端的流量。

打开位于 deploymente.yml 的文件。这是一个部署我们应用程序的清单，它被 3 个 dash 分离成两个资源。第一个，部署资源：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: semaphore-demo-ruby-kubernetes
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: semaphore-demo-ruby-kubernetes
  template:
    metadata:
      labels:
        app: semaphore-demo-ruby-kubernetes
    spec:
      containers:
        - name: semaphore-demo-ruby-kubernetes
          image: $DOCKER_USERNAME/semaphore-demo-ruby-kubernetes:$SEMAPHORE_WORKFLOW_ID

这里有几个概念需要厘清：

资源都有一个名称和几个标签，以便组织
Spec 定义了最终期望的状态，template 是用于创建 Pod 的模型。
Replica 设置要创建的 pod 的副本数。我们经常将其设置为集群中的节点数。既然我们使用了 3 个节点，我将这一命令行更改为 replicas：3

第二个资源是服务。它绑定到端口 80 并且将 HTTP 流量转发到部署中的 pod：


---
 
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: semaphore-demo-ruby-kubernetes-lb
spec:
  selector:
    app: semaphore-demo-ruby-kubernetes
  type: LoadBalancer
  ports:
    - port: 80
      targetPort: 4567

Kubernetes 将 selector 与标签相匹配以便将服务与 pod 连接起来。因此，我们在同一个集群中有许多服务和部署并且根据需要连接他们。

我们现在进入 CI/CD 配置的最后一个阶段。这时，我们有一个定义在 semaphore.yml 的 CI 流水线，以及定义在 docker-build.yml 的 Docker 流水线。在这一步中，我们将部署到 Kubernetes。

打开位于.semaphore/deploy-k8s.yml 的部署流水线：

version: v1.0
name: Deploy to Kubernetes
agent:
  machine:
    type: e1-standard-2
    os_image: ubuntu1804

两个 job 组成最后的流水线：

Job 1 开始部署。导入 kubeconfig 文件之后，envsubst 将 deployment.yaml 中的占位符变量替换为其实际值。然后，kubectl apply 将清单发送到集群。


blocks:
  - name: Deploy to Kubernetes
    task:
      secrets:
        - name: do-k8s
        - name: dockerhub
 
      env_vars:
        - name: KUBECONFIG
          value: /home/semaphore/.kube/dok8s.yaml
 
      jobs:
      - name: Deploy
        commands:
          - checkout
          - kubectl get nodes
          - kubectl get pods
          - envsubst < deployment.yml | tee deployment.yml
          - kubectl apply -f deployment.yml

Job 2 将镜像标记为最新，以让我们能够在下一次运行中将其作为缓存使用。

- name: Tag latest release
  task:
    secrets:
      - name: dockerhub
    jobs:
    - name: docker tag latest
      commands:
        - echo "${DOCKER_PASSWORD}" | docker login -u "${DOCKER_USERNAME}" --password-stdin
        - docker pull "${DOCKER_USERNAME}"/semaphore-demo-ruby-kubernetes:$SEMAPHORE_WORKFLOW_ID
        - docker tag "${DOCKER_USERNAME}"/semaphore-demo-ruby-kubernetes:$SEMAPHORE_WORKFLOW_ID "${DOCKER_USERNAME}"/semaphore-demo-ruby-kubernetes:latest
        - docker push "${DOCKER_USERNAME}"/semaphore-demo-ruby-kubernetes:latest

这是工作流程的最后一步了。

让我们教我们的 Sinatra 应用程序唱歌。在 app.rb 中的 App 类中添加以下代码：

get "/sing" do
  "And now, the end is near
   And so I face the final curtain..."
end

推送修改的文件到 Github：

$ git add .semaphore/*
$ git add deployment.yml
$ git add app.rb
$ git commit -m "test deployment”$ git push origin master

等到 docker 构建流水线完成，你可以查看 Semaphore 的进度：

是时候进行部署了，点击 Promote 按钮，看它是否工作：

我们已经有了一个好的开始，现在就看 Kubernetes 的了。我们可以使用 kubectl 检查部署状态，初始状态是三个所需的 pod 并且零可用：

$ kubectl get deployments
NAME                             DESIRED   CURRENT   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
semaphore-demo-ruby-kubernetes   3         0         0            0           15m

几秒之后，pod 已经启动，reconciliation 已经完成：

$ kubectl get deployments
NAME                             DESIRED   CURRENT   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
semaphore-demo-ruby-kubernetes   3         3         3            3           15m

使用 get all 获得集群的通用状态，它显示了 pod、服务、部署以及 replica：


$ kubectl get all
NAME                                                  READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod/semaphore-demo-ruby-kubernetes-7d985f8b7c-454dh   1/1     Running   0          2m
pod/semaphore-demo-ruby-kubernetes-7d985f8b7c-4pdqp   1/1     Running   0          119s
pod/semaphore-demo-ruby-kubernetes-7d985f8b7c-9wsgk   1/1     Running   0          2m34s
 
 
NAME                                        TYPE           CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP    PORT(S)        AGE
service/kubernetes                          ClusterIP      10.12.0.1              443/TCP        24m
service/semaphore-demo-ruby-kubernetes-lb   LoadBalancer   10.12.15.50   35.232.70.45   80:31354/TCP   17m
 
 
NAME                                             DESIRED   CURRENT   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
deployment.apps/semaphore-demo-ruby-kubernetes   3         3         3            3           17m
 
NAME                                                        DESIRED   CURRENT   READY   AGE
replicaset.apps/semaphore-demo-ruby-kubernetes-7d985f8b7c   3         3         3       2m3

Service IP 在 pod 之后展示。对于我来说，负载均衡器被分配到外部 IP 35.232.70.45。需要将其更改为你的提供商分配给你的那个，然后我们来试试新的服务器。

$ curl -w "\n" http://YOUR_EXTERNAL_IP/sing

现在，离结束已经不远了。

当你使用了正确的 CI/CD 解决方案之后，部署到 Kubernetes 并不是那么困难。你现在拥有一个 Kubernetes 的完全自动的持续交付流水线啦。

这里有几个建议可以让你在 Kubernetes 上随意 fork 并玩转 semaphore-demo-ruby-kubernetes：

创建一个 staging 集群
构建一个部署容器并且在里面运行测试
使用更多微服务扩展项目

Step-by-StepKubernetes持续部署指南

持续集成与交付

准备工作

Fork 存储库

使用 Semaphore 测试

构建 Docker 镜像

添加 Docker Hub 账户到 Semaphore

构建 Docker 流水线

部署到 Kubernetes

上传 Kubeconfig 到 Semaphore

部署清单

部署流水线

部署应用程序

胜利近在咫尺

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