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在 Kubernetes 上部署 .NET 应用的完整指南：从容器化到自动化 CI/CD

article 2024/11/20 21:36:49

在 Kubernetes 上部署 .NET 应用的完整指南

引言
.NET 应用的容器化
Kubernetes 基础概念
在 Kubernetes 上部署 .NET 应用
高级特性：自动扩展与滚动更新
持久化存储
结合 CI/CD 实现自动化部署
总结

1. 引言

随着微服务架构的流行，容器化技术已经成为应用部署和管理的核心方式之一。Kubernetes（K8s）作为容器编排工具，在自动化部署、扩展和管理容器化应用方面表现优异。对于 .NET 开发者来说，将 ASP.NET Core 应用部署到 Kubernetes 集群中，能够轻松实现应用的高可用性和自动化运维。

本文将详细介绍如何将 .NET 应用容器化 并部署到 Kubernetes 集群中，并讲解一些常用的 Kubernetes 高级特性，如自动扩展和滚动更新，以及如何结合 CI/CD 实现持续集成和交付。

2. .NET 应用的容器化

在将 .NET 应用部署到 Kubernetes 之前，首先需要将其打包成 Docker 镜像。Docker 是容器化工具，能够将应用及其依赖打包成独立运行的镜像，从而确保应用可以在任何平台上保持一致的运行环境。

创建一个 ASP.NET Core 应用

首先，我们创建一个简单的 ASP.NET Core Web API 应用：

dotnet new webapi -n MyK8sApp
cd MyK8sApp

在创建完应用之后，你可以通过以下命令运行应用并确认其正常运行：

dotnet run

创建 Dockerfile

为了将应用容器化，我们需要创建一个 Dockerfile，用于定义如何构建 .NET 应用的 Docker 镜像。以下是一个常见的 Dockerfile 示例：

# 使用 Microsoft 提供的 ASP.NET Core 基础镜像
FROM mcr.microsoft.com/dotnet/aspnet:7.0 AS base
WORKDIR /app
EXPOSE 80

# 使用 .NET SDK 构建镜像
FROM mcr.microsoft.com/dotnet/sdk:7.0 AS build
WORKDIR /src
COPY ["MyK8sApp/MyK8sApp.csproj", "MyK8sApp/"]
RUN dotnet restore "MyK8sApp/MyK8sApp.csproj"
COPY . .
WORKDIR "/src/MyK8sApp"
RUN dotnet build "MyK8sApp.csproj" -c Release -o /app/build

# 发布应用
FROM build AS publish
RUN dotnet publish "MyK8sApp.csproj" -c Release -o /app/publish

# 使用基础镜像，拷贝发布文件并运行应用
FROM base AS final
WORKDIR /app
COPY --from=publish /app/publish .
ENTRYPOINT ["dotnet", "MyK8sApp.dll"]

构建 Docker 镜像

在项目根目录下执行以下命令，构建 Docker 镜像：

docker build -t myk8sapp:latest .

构建完成后，你可以运行以下命令来启动容器，并在浏览器中访问 http://localhost:8080 来测试你的应用：

docker run -d -p 8080:80 myk8sapp:latest

3. Kubernetes 基础概念

在将 .NET 应用部署到 Kubernetes 集群之前，理解一些 Kubernetes 的基础概念十分重要：

Pod：Kubernetes 中最小的部署单元，通常包含一个或多个容器。
Deployment：用于管理应用的声明式更新和运行多个 Pod 实例。
Service：用于将 Pod 暴露给外部系统，支持负载均衡。
ConfigMap 和 Secret：分别用于存储配置数据和敏感信息。
PersistentVolume (PV) 和 PersistentVolumeClaim (PVC)：用于管理和使用持久存储。

4. 在 Kubernetes 上部署 .NET 应用

编写 Kubernetes 部署文件

接下来，我们需要编写 Kubernetes 的部署和服务配置文件。

**Deployment（部署文件）**定义了如何部署和管理应用容器的副本，确保应用的高可用性。

创建 deployment.yaml 文件：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: myk8sapp-deployment
spec:
  replicas: 3  # 部署 3 个副本
  selector:
    matchLabels:
      app: myk8sapp
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myk8sapp
    spec:
      containers:
      - name: myk8sapp
        image: myk8sapp:latest  # Docker 镜像名
        ports:
        - containerPort: 80

编写 Kubernetes 服务文件

Service（服务文件） 用于暴露 Pod，使外部流量可以访问到应用。

创建 service.yaml 文件：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: myk8sapp-service
spec:
  type: LoadBalancer  # 如果是在云端运行，如 AWS、Azure
  selector:
    app: myk8sapp
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 80

部署应用到 Kubernetes

在 Kubernetes 集群中，使用以下命令将配置文件应用到集群中：

kubectl apply -f deployment.yaml
kubectl apply -f service.yaml

运行以下命令可以查看部署状态：

kubectl get deployments
kubectl get services

通过 EXTERNAL-IP 地址，你可以在浏览器中访问部署的 .NET 应用。

5. 高级特性：自动扩展与滚动更新

自动扩展

Kubernetes 提供了自动扩展功能（Horizontal Pod Autoscaler），它可以根据应用的负载自动调整 Pod 的数量。你可以使用以下命令为 myk8sapp-deployment 启用水平自动扩展：

kubectl autoscale deployment myk8sapp-deployment --cpu-percent=50 --min=3 --max=10

此命令会基于 CPU 使用率，自动扩展 Pod 的数量。

滚动更新

当你需要更新应用时，Kubernetes 支持 滚动更新，可以在不中断服务的情况下逐步替换旧版本的容器。

kubectl set image deployment/myk8sapp-deployment myk8sapp=myk8sapp:v2

6. 持久化存储

有时你的 .NET 应用需要持久化数据。Kubernetes 使用 PersistentVolume (PV) 和 PersistentVolumeClaim (PVC) 来管理持久存储，确保在容器重启时数据不会丢失。

配置持久化存储

首先，创建一个 persistent-volume.yaml 文件：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: myk8sapp-pv
spec:
  capacity:
    storage: 1Gi
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  hostPath:
    path: "/mnt/data"

然后，创建一个 PVC 文件 persistent-volume-claim.yaml：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: myk8sapp-pvc
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 1Gi

通过以下命令应用配置：

kubectl apply -f persistent-volume.yaml
kubectl apply -f persistent-volume-claim.yaml

最后，在应用中使用 PVC 挂载存储卷：

spec:
  containers:
  - name: myk8sapp
    image: myk8sapp:latest
    volumeMounts:
    - mountPath: "/app/data"
      name: myk8sapp-storage
  volumes:
  - name: myk8sapp-storage
    persistentVolumeClaim:
      claimName: myk8sapp-pvc

7. 结合 CI/CD 实现自动化部署

结合 Jenkins 等 CI/CD 工具，你可以实现 .NET 应用的持续集成和自动化部署。每当代码提交到 Git 仓库时，Jenkins 可以触发以下流程：

从 Git 仓库中拉取代码。
构建 .NET 应用并生成 Docker 镜像。
将 Docker 镜像推送到镜像仓库（如 Docker Hub 或 Azure Container Registry）。
使用 kubectl 命令更新 Kubernetes 集群中的应用。

Jenkins 配置示例

在 Jenkins 中，你可以通过 Pipeline 定义自动化流程。以下是一个 Jenkins Pipeline 的示例：

pipeline {
    agent any
    stages {
        stage('Build') {


            steps {
                sh 'dotnet build'
            }
        }
        stage('Test') {
            steps {
                sh 'dotnet test'
            }
        }
        stage('Docker Build & Push') {
            steps {
                sh 'docker build -t myk8sapp:latest .'
                sh 'docker push mydockerhub/myk8sapp:latest'
            }
        }
        stage('Deploy to Kubernetes') {
            steps {
                sh 'kubectl set image deployment/myk8sapp-deployment myk8sapp=mydockerhub/myk8sapp:latest'
            }
        }
    }
}