在搭載 Ubuntu 18.04 的 Kubernetes 叢集上部署 PHP 應用程式

Kubernetes（也稱為 k8s）是一個開源的協調系統。它允許使用者以最少的停機時間來部署、擴充和管理容器化應用程式。在本教學中，您將學習如何部署一個 PHP 應用程式到 Kubernetes 叢集上。

Nginx 的作用是作為代理伺服器指向 PHP-FPM，同時執行 PHP 應用程式。在單一容器中管理這兩個服務是一個困難的過程。Kubernetes 幫助我們在兩個不同的容器中管理它們，並減少了麻煩。它還允許使用者重複使用容器，而不用擔心為每個新版本的 PHP/Nginx 建立其容器映像檔。

您將在兩個獨立的容器中執行您的應用程式和代理服務。本教學還將提供有關如何使用本機儲存來建立 Persistent Volume (PV) 和持久性磁碟區宣告 (PVC)。接著，您將使用此 PVC 將您的設定檔和程式碼保留在容器映像檔之外。完成本教學後，您將能夠將 Nginx 映像檔重複用於其他需要代理伺服器的應用程式。您可以透過傳遞設定來實現此目的，而無需為其重新建置映像檔。

先決條件

1. 對 Kubernetes (k8s) 及其物件有基本的瞭解。請參閱此指南以獲取 Kubernetes 生態系統的詳細概述.
2. 一個在 Ubuntu 18.04 上正常執行的 Kubernetes 叢集。按照本教學來 使用 kubeadm 建立您的 Kubernetes 叢集.
3. 此外，您需要將應用程式程式碼託管在公開的 URL 上，例如 GitHub.

步驟 1：建立 PHP-FPM 和 Nginx 服務

此步驟將協助您建立 PHP-FPM 和 Nginx 服務。任何服務都提供對叢集中一組 Pod 的存取。叢集中存在的所有服務都可以透過其名稱相互通訊，而無需 IP 地址。PHP-FPM 服務和 Nginx 服務將分別提供對 PHP-FPM 和 Nginx Pod 的存取。

您需要告訴 PHP-FPM 服務如何找到 Nginx Pod，因為它將作為 PHP-FPM Pod 的代理。為此，您將利用 Kubernetes’ 自動服務發現，並使用易於理解的名稱將請求路由到相應的服務。

為了建立任何服務，您需要建立一個 YAML 檔案，其中包含物件定義。此 YAML 檔案至少包含以下標籤：

1. apiVersion: 該定義所屬的 Kubernetes API 版本。
2. kind: 此 YAML 檔案建立的 Kubernetes 物件類型。例如：一個 service，一個 job，或一個 pod.
3. metadata: 物件的名稱以及使用者可能想要套用至此物件的不同 labels 都定義在此標籤下。
4. spec: 此標籤包含您物件的規格說明，例如環境變數 (ENV)、要使用的容器映像檔、可存取容器服務的連接埠。

建立 PHP-FPM 服務

首先，您應該建立一個目錄來存放您的 Kubernetes 物件定義。登入您的主節點並建立一個名為 “definitions:”

將目錄切換到 definitions 目錄：

接下來，建立您的 PHP-FPM 服務檔案，命名為 php_service.yaml 檔案：

之後，在 apiVersion 和 kind 於 php_fpm_service.yaml 檔案中：

將您的服務命名為 php 或 php-fpm，因為它將提供對您的 PHP-FPM 應用程式的存取：

將您的 php 服務標記為 tier: backend，因為 PHP 應用程式將在此服務背後執行：

服務使用 selector 標籤來確定要存取哪些 Pod。任何符合這些標籤的 Pod，無論該 Pod 是何時建立的，都會受到服務。您將在本教學的後面學習如何將標籤新增到您的 Pod 中。

包含 tier: backend 標籤，將您的 pod 分配到 backend 層，以及 app: php-fpm 標籤，以表示該 pod 運行 PHP-FPM 應用程式。您必須在 metadata 區段之後添加這些標籤：

接下來，您需要宣告存取此 php-fpm 服務的連接埠，位於 spec 之下。您可以添加任何您選擇的連接埠，但在本教學中我們將使用連接埠 9000：

完成上述步驟後，您的 php_fpm_service.yaml 檔案將如下所示：

輸入 Ctrl + O 儲存檔案，然後輸入 Ctrl + X 離開 nano.

套用 kubectl 指令以建立 PHP 服務

建立服務的物件定義後，請執行 kubectl apply 指令並加上 -f 參數，指定您的 php_fpm_service.yaml 檔案：

上述指令的輸出應為：

執行以下指令以驗證您的 php-fpm 服務是否正在執行：

您將能夠看到 php-fpm 服務已啟動並正在執行：

建立 Nginx 服務

既然您的 PHP-FPM 服務已經準備就緒，現在也是建立 Nginx 服務的時候了。在編輯器中為此服務建立並開啟一個名為 nginx_service.yaml 的新 YAML 檔案：

將此服務命名為 nginx，因為它將以 Nginx pod 為目標。此服務也屬於 backend，因此您應該為其添加 tier: backend 標籤：

如同我們在 php-fpm 服務中所做的那樣，添加選擇器標籤 app: nginx 和 tier: backend 以指定目標 pod。添加預設的 HTTP 連接埠 80 以存取此服務：

Nginx 服務可以透過公用 IP 位址在網際網路上公開存取。您可以將工作節點的 IP 新增為 your_public_ip。在 spec.externalIPs:

當您完成上述所有步驟後，您的 nginx_service.yaml 檔案應該如下所示：

新增上述所有必要參數後，儲存並關閉檔案。

套用 kubectl 指令以建立 Nginx 服務

您應該會看到上述命令的以下輸出：
現在，執行以下命令以查看所有執行中的服務：
透過執行上述命令，您應該能夠看到您的 PHP-FPM 和 Nginx 服務都已啟動並執行：
請注意，如果您想刪除任何執行中的服務，可以執行以下命令：

步驟 2：建立本機儲存和永續性磁碟區

Kubernetes 提供了各種儲存外掛程式，可協助您為環境建立儲存空間。本步驟將引導您如何建立本機 StorageClass 以及如何進一步使用此 Storage Class 來建立永續性磁碟區。

建立本機儲存

建立一個檔案，例如 storageClass.yaml，在您的編輯器中：

將 kind 新增為 "storageClass"，並將 apiVersion 新增為 "storage.k8s.io/v1"，如下所示：

將此 StorageClass 命名為 "my-local-storage"，並新增 provisioner 和 volumeBindingMode，如下所示：

儲存並退出檔案，您最終的 storageClass.yaml 檔案應該如下所示：

現在，透過執行 kubectl create 命令來建立 StorageClass，如下所示：

執行上述命令後，您應該會得到以下輸出：

建立本機永續性磁碟區

建立本機儲存後，您可以建立本機永續性磁碟區。永續性磁碟區（也稱為 PV）是特定大小的區塊儲存，獨立於 Pod 的生命週期。本機永續性磁碟區只不過是 Kubernetes 叢集節點上可用的本機磁碟或目錄。此本機永續性磁碟區允許使用者以非常簡單且可移植的方式，透過使用本機永續性磁碟區宣告 (Persistent Volume Claim) 來存取本機儲存。您可以使用我們剛剛建立的此儲存類別來建立此本機永續性磁碟區。開啟一個檔案，例如 persistentVolume.yaml，在您的編輯器中：

為此永續性磁碟區命名，例如 "my-local-pv":

在建立本機永續性磁碟區時，您可以根據您的使用情況新增儲存容量。在本教學中，我們將使用 5 Gi 作為儲存空間：

新增 accessModes、persistentVolumeReclaimPolicy，並提供與 storageClass.yaml 中相同的 storageClassName：

新增 local.path 至您的 Persistent Volume，如下所示：

新增所有必要欄位後，您的 persistentVolume.yaml 檔案應該如下所示：

準備本機卷冊

現在，我們需要在 “worker” 節點上準備一個本機卷冊，正如我們在 persistentVolume.yaml 檔案中所新增的。在您於 persistentVolume 中設定的節點上執行以下指令。在此案例中，它是 “worker” 節點：

在您的 persistentVolume.yaml 檔案所在的主節點上執行以下指令：

您應該會得到以下輸出：

由於您已成功建立本機儲存空間和永續卷冊，您現在可以繼續建立永續卷冊聲明（Persistent Volume Claim）來存放您的應用程式程式碼和設定檔。

步驟 3：建立永續卷冊

在您管理或更新 Pod 時，您的應用程式程式碼需要保持安全。為此，您將使用在上一步中建立的永續卷冊（Persistent Volume），並透過使用永續卷冊聲明（Persistent Volume Claim，簡稱 PVC）來存取它。此 PVC 會將 PV 掛載到所需的路徑上。

開啟一個檔案，例如 code_volume.yaml，在您的編輯器中：

透過在檔案中新增以下參數和值，將您的 PVC 命名為 code：

PVC 的 spec 區段包含以下項目：

1. accessModes：此欄位有各種可能的取值，如下所示：
   • ReadWriteOnce – 為單一節點掛載具有讀取和寫入權限的卷冊。
   • ReadOnlyMany – 為多個節點掛載僅具有讀取權限的卷冊。
   • ReadWriteMany – 為多個節點掛載具有讀取和寫入權限的卷冊。
2. resources：定義所需的儲存空間。

由於本地儲存僅掛載到單個節點，您需要將 accessMode 設置為 ReadWriteOnce。在本教學中，您只需添加一小部分應用程式代碼，因此這裡 1GB 的儲存空間就足夠了。但是，如果您希望儲存更大量的數據或代碼，可以根據您的需求修改 storage 參數。請注意，磁碟卷創建後，您將能夠增加儲存大小。但是，不支援減少儲存大小：

現在，聲明 Kubernetes 叢集將用於分配給磁碟卷的儲存類別（storage class）。在此處的 storageClassName 使用在上一步中創建的 my-local-storage 儲存類別：

完成上述步驟後，您的 code_volume.yaml 檔案應該如下所示：

現在儲存並退出檔案。

創建 PVC

執行 kubectl apply 命令來創建 code PVC：

您應該會得到以下輸出，表示該物件已成功創建，並準備好將您的 1GB PVC 掛載為磁碟卷：

您可以執行以下命令來檢查可用的持久性磁碟卷 (PV)：

上述命令的輸出應該如下所示：

除了 Reclaim Policy 和 Status 之外，上述所有欄位都是您設定檔的概覽。Reclaim Policy 定義了當存取該 PV 的 PVC 被刪除時，PV 會發生什麼事。Delete 值會將 PV 從 Kubernetes 叢集以及儲存基礎架構中移除。您可以參考 Kubernetes PV 文件 以清楚了解 Reclaim Policy 和 Status。

由於您已成功使用本地儲存創建了持久性磁碟卷，現在可以使用 Deployment 來創建您的 Pod。

步驟 4：為您的 PHP-FPM 應用程式創建 Deployment

此步驟將協助您使用 Deployment。Deployment 使用 ReplicaSet 提供一種穩定的方式來創建、更新和管理您的 Pod。Deployment 會自動將其 Pod 回滾到先前的映像檔。

在 Deployment 中的 spec.selector 鍵列出了它所管理之 Pod 的所有標籤。它還使用 template 鍵來創建所需的 Pod。

在此步驟中，我們還將介紹 Init Containers 的應用。初始化容器（Init Containers）會在 Pod 範本中指定的常規容器之前執行一些命令。在這裡，初始化容器將使用 GitHub Gist (https://gist.github.com/) 來獲取範例 index.php 檔案。該範例檔案的內容為：

創建 PHP Deployment

在編輯器中打開一個名為 php_deployment.yaml 的新檔案以創建您的 Deployment：

現在，將 Deployment 物件命名為 PHP，因為此 Deployment 將管理您的 PHP-FPM pod。新增標籤 tier: backend，因為該 pod 將屬於 backend 層：

使用 replica 參數，指定應建立的此 pod 副本數量。副本數量可能會根據您的需求和可用資源而有所不同。在本教學中，您將僅建立該 pod 的一個副本：

新增 app: php 和 tier:backend 標籤於 selector 鍵下，這表示此 Deployment 將管理與這兩個標籤相匹配的 pod：

現在，您的 pod’s 物件定義需要在您的 Deployment spec 下有一個 template。此範本定義了建立 pod 所需的規格。首先，新增為 php 服務選擇器 (service selector) 和 Deployment 的 matchLabels 指定的標籤。然後新增 app:php 和 tier:backend 於 template.metadata.labels:

首先，您需要指定容器將存取的所有磁碟卷。將此磁碟卷命名為 code，因為您之前已建立了一個名為 code 的 PVC 來存放您的應用程式程式碼：

接下來，指定容器名稱以及您要在 pod 內執行的映像檔。Docker store (https://hub.docker.com/explore/) 上有各種可用的映像檔，但在本教學中，我們將使用 php:7-fpm 映像檔：

現在，掛載容器需要存取的磁碟卷。由於此容器將執行您的 PHP 程式碼，因此它需要存取在上一步中建立的 code 磁碟卷。在此步驟中，您還將學習如何使用 Init Container 複製您的應用程式程式碼。

為了下載程式碼，本教學將引導您如何使用帶有 busybox 的單個 Init Container。Busybox 是一個帶有 wget 工具的小型容器，您將使用它來實現此目的。

首先，在 spec.template.spec 下新增您的 initContainer，並指定 busybox 映像檔：

然後，為了將程式碼下載到 code 磁碟卷中，您的 Init Container 將需要存取它。將 code 磁碟卷掛載於 /code 路徑，位於 spec.template.spec.initContainers:

每個 Init Container 都需要執行指令。此 Init Container 將使用 wget 下載 code 自 Github 到 /code 目錄中。您可以傳遞 -O 選項來為此下載的檔案命名，您可以將此檔案命名為 index.php.

此外，在 install 容器下方新增以下幾行於 spec.template.spec.initContainers:

完成所有這些步驟後，您的 php_deployment.yaml 檔案應該如下所示：

You can now save the file and exit. Next, create your PHP-FPM Deployment using kubectl apply command:

成功建立 Deployment 後，您應該會看到以下輸出：

此 Deployment 首先會下載指定的映像檔，然後它會向您的 PersistentVolume 請求 PersistentVolumeClaim，接著執行您的 initContainers。完成此步驟後，容器將會執行並將儲存卷掛載到指定的掛載點。完成所有這些步驟後，您的 Pod 將會啟動並執行。

您可以執行以下指令來檢視您的 Deployment：

執行上述指令後，您應該會得到以下輸出：

You can understand the current state of the Deployment with the help of this output. A Deployment is a controller that maintains the desired state. The DESIRED 欄位指定它有 1 個名為 php 的 Pod 副本。 CURRENT 欄位表示目前有多少個 DESIRED 狀態的副本正在執行。對於健康的 Pod，這應該與 DESIRED 狀態相符。您可以在 Kubernetes Deployments 文件.

之後，若要檢查正在執行的 Pod 狀態，您可以執行以下指令：

此指令的輸出可能會根據您建立 Deployment 後所經過的時間而有所不同。如果是在建立 Deployment 後不久執行，輸出將類似於：

說明：

這些欄位代表的資訊如下：

• Ready：執行此 Pod 的目前/期望副本數量。
• Status: 您的 Pod 狀態。Init:0/1 表示 Init 容器正在運行，且 1 個 Init 容器中有 0 個已完成運行。
• Restarts: 這表示此程序為了啟動 Pod 而重新啟動的次數。

您的 Pod 可能需要幾分鐘的時間才能將狀態變更為 podInitializing，具體取決於您啟動指令碼的複雜程度：

這表示 Init 容器已成功運行，現在容器正在進行初始化：

如您所見，您的 Pod 現在已啟動並運行。然而，如果您的 Pod 未能啟動，您可以運行以下命令進行偵錯：

1. 檢視 Pod 的詳細資訊：

2.  檢視 Pod 的記錄檔：

3. 檢視 Pod 中特定容器的記錄檔：

恭喜！您已成功掛載應用程式程式碼，且 PHP-FPM 服務已準備好處理連線。同樣地，您可以建立您的 Nginx 部署。

步驟 5：建立您的 Nginx 部署

本步驟將引導您如何使用 ConfigMap。 ConfigMap 以鍵值（key-value）格式保存所有必要的設定，這些設定將在其他 Kubernetes 物件定義中使用。透過這種方法，您可以根據需要靈活地重複使用或更換不同版本的 Nginx 映像檔。您可以更新 ConfigMap，它會自動將這些變更複製到任何掛載此 ConfigMap.

首先，在您的編輯器中開啟 nginx_configmap.yaml 檔案：

現在，將此 ConfigMap 命名為 nginx-config 並將其新增至 tier: backend 微服務：

此外，您可以將資料新增至 ConfigMap。新增一個名為 config 的鍵，並將所有 Nginx 設定檔內容作為其值。

由於 Kubernetes 可以將請求路由到服務的對應主機，您可以在 fastcgi_pass 參數下輸入您的 PHP-FPM 服務名稱，而不是其 IP 地址。將以下幾行程式碼新增至您的 nginx_configMap.yaml 檔案中：

完成後，您的 nginx_configMap.yaml 檔案將如下所示：

您現在可以儲存並退出編輯器。現在執行 kubectl apply 命令以建立 ConfigMap:

之後，您應該會在螢幕上看到以下輸出：

您已成功建立 Nginx Configmap。現在您可以建立 Nginx Deployment。

建立 Nginx Deployment

首先，您可以在編輯器中建立一個名為 nginx_deployment.yaml 的新檔案：

將此 Deployment 命名為 nginx 並為其新增 tier: backend 標籤：

之後，透過在 Deployment spec 中新增 replica 欄位來指定副本數量，並為其新增 app: nginx 和 tier: backend 標籤：

同樣地，新增 Pod 範本。請確保您新增的標籤與您在 Deployment 的 selector.matchLabels 中新增的標籤相同。您可以新增以下內容：

透過在以下位置新增以下參數，讓 Nginx 能夠存取先前建立的 code PVC：spec.template.spec.volumes:

警告：如果未指定檔案，鍵的內容將會取代 volume’s mountPath。換句話說，如果未明確指定路徑，您將會遺失目標資料夾中的所有內容。

現在，指定您要在 Pod 中使用的名稱、映像檔和連接埠。在這裡，我們將使用 nginx:1.7.9 映像檔和連接埠 80。將它們新增在 spec.template.spec 區段：

此外，將 code 儲存卷掛載於 /code ，因為 Nginx 和 PHP-FPM 都需要存取相同路徑下的檔案：

這個 nginx-1.7.9 映像檔會自動載入位於 /etc/nginx/conf.d 資料夾下的任何設定檔。現在，如果我們在此目錄中掛載 config 儲存卷，它將會建立 /etc/nginx/conf.d/site.conf。請在 volumeMount 區段下方新增以下內容：

完成上述所有步驟後，您的 nginx_deployment.yaml 檔案應該如下所示：

您現在可以儲存並關閉檔案，然後執行以下命令來建立 Nginx Deployment：

成功執行命令後，您應該會看到以下輸出：

您可以執行以下命令來列出所有的 Deployment：

您現在應該會看到 Nginx 和 PHP-FPM 的 Deployment：

此外，您可以執行以下命令來列出由上述兩個 Deployment 所管理的 Pod：

您將會看到您的兩個 Pod 都已啟動並運行，如下所示：

由於此時您所有的 Kubernetes 物件都已處於作用狀態，您現在可以在瀏覽器上存取 Nginx 服務。

執行以下命令以列出服務：

記下您 Nginx 服務的 External IP：

現在，使用此 Nginx 服務的 External IP，您可以透過在瀏覽器上輸入 http://your_public_ip 來造訪您的伺服器。您應該能夠看到 php_info() 的輸出，這確認了您的 Kubernetes 服務已啟動並運行。

結論

在本教學中，為了獨立管理您的 PHP-FPM 和 Nginx 服務，您將這兩個服務進行了容器化。透過這樣做，您不僅能提高專案的擴充性，還能有效率地利用資源。您也學習了如何建立本機儲存和 Persistent Volume，以便將應用程式程式碼儲存在磁碟卷上，並在未來輕鬆更新您的服務。透過這樣做，您提高了程式碼的可用性和可維護性。

此外，您可以查看我們其他專注於 Docker 和 Kubernetes 的教學，這些教學可以在我們的 部落格:

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• 如何在 Ubuntu 18.04 上使用 Kubeadm 建立 Kubernetes 叢集
• 清理 Docker 資源 – 映像檔、容器和磁碟卷
• 使用 Docker Compose 部署 Laravel、Nginx 和 MySQL
• 如何在公有雲的 Ubuntu 上安裝 & 操作 Docker

祝您運算愉快！