Kubernetes笔记(三):Gitlab+Jenkins Pipeline+Docker+k8s+Helm自动化部署实践(干货分享!)

通过前面两篇文章,我们已经有了一个“嗷嗷待哺”的K8s集群环境,也对相关的概念与组件有了一个基本了解(前期对概念有个印象即可,因为只有实践了才能对其有深入理解,所谓“纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行”),本文从实践角度介绍如何结合我们常用的Gitlab与Jenkins,通过K8s来实现项目的自动化部署,示例将包括基于SpringBoot的服务端项目与基于Vue.js的Web项目。

本文涉及到的工具与技术包括:

  • Gitlab —— 常用的源代码管理系统
  • Jenkins, Jenkins Pipeline —— 常用的自动化构建、部署工具,Pipeline以流水线的方式将构建、部署的各个步骤组织起来
  • Docker,Dockerfile —— 容器引擎,所有应用最终都要以Docker容器运行,Dockerfile是Docker镜像定义文件
  • Kubernetes —— Google开源的容器编排管理系统
  • Helm —— Kubernetes的包管理工具,类似Linux的yum,apt,或Node的npm等包管理工具,能将Kubernetes中的应用及相关依赖服务以包(Chart)的形式组织管理

环境背景:

  1. 已使用Gitlab做源码管理,源码按不同的环境建立了develop(对应开发环境),pre-release(对应测试环境),master(对应生产环境)分支
  2. 已搭建了Jenkins服务
  3. 已有Docker Registry服务,用于Docker镜像存储(基于Docker Registry或Harbor自建,或使用云服务,本文使用阿里云容器镜像服务)
  4. 已搭建了K8s集群

预期效果:

  1. 分环境部署应用,开发环境、测试环境、生产环境分开来,部署在同一集群的不同namespace,或不同集群中(比如开发测试部署在本地集群的不同namespace中,生产环境部署在云端集群)
  2. 配置尽可能通用化,只需要通过修改少量配置文件的少量配置属性,就能完成新项目的自动化部署配置
  3. 开发测试环境在push代码时自动触发构建与部署,生产环境在master分支上添加版本tag并且push tag后触发自动部署
  4. 整体交互流程如下图

项目配置文件

首先我们需要在项目的根路径中添加一些必要的配置文件,如下图所示

包括:

  1. Dockerfile文件,用于构建Docker镜像的文件(参考 Docker笔记(十一):Dockerfile详解与最佳实践
  2. Helm相关配置文件,Helm是Kubernetes的包管理工具,可以将应用部署相关的Deployment,Service,Ingress等打包进行发布与管理(Helm的具体介绍我们后面再补充)
  3. Jenkinsfile文件,Jenkins的pipeline定义文件,定义了各个阶段需执行的任务

Dockerfile

在项目根目录中添加一个Dockerfile文件(文件名就叫Dockerfile),定义如何构建Docker镜像,以Spring Boot项目为例,

FROM frolvlad/alpine-java:jdk8-slim
#在build镜像时可以通过 --build-args profile=xxx 进行修改
ARG profile
ENV SPRING_PROFILES_ACTIVE=${profile}
#项目的端口
EXPOSE 8000 
WORKDIR /mnt

#修改时区
RUN sed -i 's/dl-cdn.alpinelinux.org/mirrors.ustc.edu.cn/g' /etc/apk/repositories \
    && apk add --no-cache tzdata \
    && ln -sf /usr/share/zoneinfo/Asia/Shanghai /etc/localtime \
    && echo "Asia/Shanghai" > /etc/timezone \
    && apk del tzdata \
    && rm -rf /var/cache/apk/* /tmp/* /var/tmp/* $HOME/.cache

COPY ./target/your-project-name-1.0-SNAPSHOT.jar ./app.jar
ENTRYPOINT ["java", "-jar", "/mnt/app.jar"]

将SPRING_PROFILES_ACTIVE通过参数profile暴露出来,在构建的时候可以通过 –build-args profile=xxx 来进行动态设定,以满足不同环境的镜像构建要求。

SPRING_PROFILES_ACTIVE本可以在Docker容器启动时通过docker run -e SPRING_PROFILES_ACTIVE=xxx来设定,因这里使用Helm进行部署不直接通过docker run运行,因此通过ARG在镜像构建时指定

Helm配置文件

Helm是Kubernetes的包管理工具,将应用部署相关的Deployment,Service,Ingress等打包进行发布与管理(可以像Docker镜像一样存储于仓库中)。如上图中Helm的配置文件包括:

helm                                    - chart包的目录名
├── templates                           - k8s配置模版目录
│   ├── deployment.yaml                 - Deployment配置模板,定义如何部署Pod
│   ├── _helpers.tpl                    - 以下划线开头的文件,helm视为公共库定义文件,用于定义通用的子模版、函数、变量等
│   ├── ingress.yaml                    - Ingress配置模板,定义外部如何访问Pod提供的服务,类似于Nginx的域名路径配置
│   ├── NOTES.txt                       - chart包的帮助信息文件,执行helm install命令成功后会输出这个文件的内容
│   └── service.yaml                    - Service配置模板,配置访问Pod的服务抽象,有NodePort与ClusterIp等
|── values.yaml                         - chart包的参数配置文件,各模版文件可以引用这里的参数
├── Chart.yaml                          - chart定义,可以定义chart的名字,版本号等信息
├── charts                              - 依赖的子包目录,里面可以包含多个依赖的chart包,一般不存在依赖,我这里将其删除了

我们可以在Chart.yaml中定义每个项目的chart名称(类似安装包名),如

apiVersion: v2
name: your-chart-name
description: A Helm chart for Kubernetes

type: application
version: 1.0.0
appVersion: 1.16.0

在values.yaml中定义模板文件中需要用到的变量,如

#部署Pod的副本数,即运行多少个容器
replicaCount: 1
#容器镜像配置
image:
  repository: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/demo/demo
  pullPolicy: Always
  # Overrides the image tag whose default is the chart version.
  tag: "dev"
#镜像仓库访问凭证
imagePullSecrets:
  - name: aliyun-registry-secret
#覆盖启动容器名称
nameOverride: ""
fullnameOverride: ""
#容器的端口暴露及环境变量配置
container:
  port: 8000
  env: []
#ServiceAccount,默认不创建
serviceAccount:
  # Specifies whether a service account should be created
  create: false
  # Annotations to add to the service account
  annotations: {}
  name: ""

podAnnotations: {}

podSecurityContext: {}
  # fsGroup: 2000

securityContext: {}
  # capabilities:
  #   drop:
  #   - ALL
  # readOnlyRootFilesystem: true
  # runAsNonRoot: true
  # runAsUser: 1000
#使用NodePort的service,默认为ClusterIp
service:
  type: NodePort
  port: 8000
#外部访问Ingress配置,需要配置hosts部分
ingress:
  enabled: true
  annotations: {}
    # kubernetes.io/ingress.class: nginx
    # kubernetes.io/tls-acme: "true"
  hosts:
    - host: demo.com
      paths: ["/demo"]
  tls: []
  #  - secretName: chart-example-tls
  #    hosts:
  #      - chart-example.local

  #.... 省略了其它默认参数配置

这里在默认生成的基础上添加了container部分,可以在这里指定容器的端口号而不用去改模板文件(让模板文件在各个项目通用,通常不需要做更改),同时添加env的配置,可以在helm部署时往容器里传入环境变量。将Service type从默认的ClusterIp改为了NodePort。部署同类型的不同项目时,只需要根据项目情况配置Chart.yaml与values.yaml两个文件的少量配置项,templates目录下的模板文件可直接复用。

部署时需要在K8s环境中从Docker镜像仓库拉取镜像,因此需要在K8s中创建镜像仓库访问凭证(imagePullSecrets)

# 登录Docker Registry生成/root/.docker/config.json文件
sudo docker login --username=your-username registry.cn-shenzhen.aliyuncs.com
# 创建namespace develop(我这里是根据项目的环境分支名称建立namespace)
kubectl create namespace develop
# 在namespace develop中创建一个secret
kubectl create secret generic aliyun-registry-secret --from-file=.dockerconfigjson=/root/.docker/config.json  --type=kubernetes.io/dockerconfigjson --namespace=develop

Jenkinsfile

Jenkinsfile是Jenkins pipeline配置文件,遵循Groovy语法,对于Spring Boot项目的构建部署, 编写Jenkinsfile脚本文件如下,

image_tag = "default"  //定一个全局变量,存储Docker镜像的tag(版本)
pipeline {
    agent any
    environment {
        GIT_REPO = "${env.gitlabSourceRepoName}"  //从Jenkins Gitlab插件中获取Git项目的名称
        GIT_BRANCH = "${env.gitlabTargetBranch}"  //项目的分支
        GIT_TAG = sh(returnStdout: true,script: 'git describe --tags --always').trim()  //commit id或tag名称
        DOCKER_REGISTER_CREDS = credentials('aliyun-docker-repo-creds') //docker registry凭证
        KUBE_CONFIG_LOCAL = credentials('local-k8s-kube-config')  //开发测试环境的kube凭证
        KUBE_CONFIG_PROD = "" //credentials('prod-k8s-kube-config') //生产环境的kube凭证

        DOCKER_REGISTRY = "registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com" //Docker仓库地址
        DOCKER_NAMESPACE = "your-namespace"  //命名空间
        DOCKER_IMAGE = "${DOCKER_REGISTRY}/${DOCKER_NAMESPACE}/${GIT_REPO}" //Docker镜像地址

        INGRESS_HOST_DEV = "dev.your-site.com"    //开发环境的域名
        INGRESS_HOST_TEST = "test.your-site.com"  //测试环境的域名
        INGRESS_HOST_PROD = "prod.your-site.com"  //生产环境的域名
    }
    parameters {
        string(name: 'ingress_path', defaultValue: '/your-path', description: '服务上下文路径')
        string(name: 'replica_count', defaultValue: '1', description: '容器副本数量')
    }

    stages {
        stage('Code Analyze') {
            agent any
            steps {
               echo "1. 代码静态检查"
            }
        }
        stage('Maven Build') {
            agent {
                docker {
                    image 'maven:3-jdk-8-alpine'
                    args '-v $HOME/.m2:/root/.m2'
                }
            }
            steps {
                echo "2. 代码编译打包"
                sh 'mvn clean package -Dfile.encoding=UTF-8 -DskipTests=true'
            }
        }
        stage('Docker Build') {
            agent any
            steps {
                echo "3. 构建Docker镜像"
                echo "镜像地址: ${DOCKER_IMAGE}"
                //登录Docker仓库
                sh "sudo docker login -u ${DOCKER_REGISTER_CREDS_USR} -p ${DOCKER_REGISTER_CREDS_PSW} ${DOCKER_REGISTRY}"
                script {
                    def profile = "dev"
                    if (env.gitlabTargetBranch == "develop") {
                        image_tag = "dev." + env.GIT_TAG
                    } else if (env.gitlabTargetBranch == "pre-release") {
                        image_tag = "test." + env.GIT_TAG
                        profile = "test"
                    } else if (env.gitlabTargetBranch == "master"){
                        // master分支则直接使用Tag
                        image_tag = env.GIT_TAG
                        profile = "prod"
                    }
                    //通过--build-arg将profile进行设置,以区分不同环境进行镜像构建
                    sh "docker build  --build-arg profile=${profile} -t ${DOCKER_IMAGE}:${image_tag} ."
                    sh "sudo docker push ${DOCKER_IMAGE}:${image_tag}"
                    sh "docker rmi ${DOCKER_IMAGE}:${image_tag}"
                }
            }
        }
        stage('Helm Deploy') {
            agent {
                docker {
                    image 'lwolf/helm-kubectl-docker'
                    args '-u root:root'
                }
            }
            steps {
                echo "4. 部署到K8s"
                sh "mkdir -p /root/.kube"
                script {
                    def kube_config = env.KUBE_CONFIG_LOCAL
                    def ingress_host = env.INGRESS_HOST_DEV
                    if (env.gitlabTargetBranch == "pre-release") {
                        ingress_host = env.INGRESS_HOST_TEST
                    } else if (env.gitlabTargetBranch == "master"){
                        ingress_host = env.INGRESS_HOST_PROD
                        kube_config = env.KUBE_CONFIG_PROD
                    }
                    sh "echo ${kube_config} | base64 -d > /root/.kube/config"
                    //根据不同环境将服务部署到不同的namespace下,这里使用分支名称
                    sh "helm upgrade -i --namespace=${env.gitlabTargetBranch} --set replicaCount=${params.replica_count} --set image.repository=${DOCKER_IMAGE} --set image.tag=${image_tag} --set nameOverride=${GIT_REPO} --set ingress.hosts[0].host=${ingress_host} --set ingress.hosts[0].paths={${params.ingress_path}} ${GIT_REPO} ./helm/"
                }
            }
        }
    }
}

Jenkinsfile定义了整个自动化构建部署的流程:

  1. Code Analyze,可以使用SonarQube之类的静态代码分析工具完成代码检查,这里先忽略
  2. Maven Build,启动一个Maven的Docker容器来完成项目的maven构建打包,挂载maven本地仓库目录到宿主机,避免每次都需要重新下载依赖包
  3. Docker Build,构建Docker镜像,并推送到镜像仓库,不同环境的镜像通过tag区分,开发环境使用dev.commitId的形式,如dev.88f5822,测试环境使用test.commitId,生产环境可以将webhook事件设置为tag push event,直接使用tag名称
  4. Helm Deploy,使用helm完成新项目的部署,或已有项目的升级,不同环境使用不同的参数配置,如访问域名,K8s集群的访问凭证kube_config等

Jenkins配置

Jenkins任务配置

在Jenkins中创建一个pipeline的任务,如图

配置构建触发器,将目标分支设置为develop分支,生成一个token,如图

记下这里的“GitLab webhook URL”及token值,在Gitlab配置中使用。

配置流水线,选择“Pipeline script from SCM”从项目源码中获取pipeline脚本文件,配置项目Git地址,拉取源码凭证等,如图

保存即完成了项目开发环境的Jenkins配置。测试环境只需将对应的分支修改为pre-release即可

Jenkins凭据配置

在Jenkinsfile文件中,我们使用到了两个访问凭证——Docker Registry凭证与本地K8s的kube凭证,

DOCKER_REGISTER_CREDS = credentials('aliyun-docker-repo-creds') //docker registry凭证
KUBE_CONFIG_LOCAL = credentials('local-k8s-kube-config')  //开发测试环境的kube凭证

这两个凭证需要在Jenkins中创建。

添加Docker Registry登录凭证,在Jenkins 凭据页面,添加一个用户名密码类型的凭据,如图

添加K8s集群的访问凭证,在master节点上将/root/.kube/config文件内容进行base64编码,

base64 /root/.kube/config > kube-config-base64.txt
cat kube-config-base64.txt

使用编码后的内容在Jenkins中创建一个Secret text类型的凭据,如图

在Secret文本框中输入base64编码后的内容。

Gitlab配置

在Gitlab项目的 Settings – Integrations 页面配置一个webhook,在URL与Secret Token中填入前面Jenkins触发器部分的“GitLab webhook URL”及token值,选中“Push events”作为触发事件,如图

开发、测试环境选择“Push events”则在开发人员push代码,或merge代码到develop,pre-release分支时,就会触发开发或测试环境的Jenkins pipeline任务完成自动化构建;生产环境选择“Tag push events”,在往master分支push tag时触发自动化构建。如图为pipeline构建视图

总结

本文介绍使用Gitlab+Jenkins Pipeline+Docker+Kubernetes+Helm来实现Spring Boot项目的自动化部署,只要稍加修改即可应用于其它基于Spring Boot的项目(具体修改的地方在源码的Readme文件中说明)。

本文涉及的所有配置文件(包括基于Spring Boot的服务端项目与基于Vue.js的Web项目)可在源码项目中获取(源码地址获取办法:关注公众号“半路雨歌”,首页输入“k8sops”即可)。

原文地址:http://blog.jboost.cn/k8s3-cd.html

作者:雨歌
欢迎关注作者微信公众号:半路雨歌,一起学习成长

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THE END
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