Kubernetes笔记（三）：Gitlab+Jenkins Pipeline+Docker+k8s+Helm自动化部署实践（硬核干货！）
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：
- 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
- 已搭建了Jenkins服务
- 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）
- 已搭建了K8s集群
预期效果：
- 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）
- 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
- 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
- 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：
- 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）
- 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）
- 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：
- 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
- 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
- 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
- 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）。
作者：雨歌，一枚仍在学习路上的IT老兵
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