Quarkus 整合 Jib 與 Kubernetes

2024 iThome 鐵人賽

DAY 2

Kubernetes

當 Quarkus 想要騎乘駱駝並用8腳章魚掌控舵手系列第 2 篇

16th鐵人賽 kubernetes jib quarkus java

chichi

2024-08-24 14:12:08

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本次學習目標是

建立 Quarkus 專案
建置 Kubernetes YAML，認識 Deployment 和 Service 資源
使用 Jib 建置容器 image

建立 Quarkus 專案

建立 Quarkus 專案可以使用 Maven 或是 Gradle 等專案自動工具建置。此範例將使用 Gradle，而現行的 IDE 都相當方便直接用勾選方式即可建置一個專案，或是至 Quarkus 官方也可以建置。

主要需要的相依套件有以下

dependencies {
    implementation enforcedPlatform("${quarkusPlatformGroupId}:${quarkusPlatformArtifactId}:${quarkusPlatformVersion}")
    implementation enforcedPlatform("${quarkusPlatformGroupId}:quarkus-camel-bom:${quarkusPlatformVersion}")
    implementation 'org.apache.camel.quarkus:camel-quarkus-log'
    implementation 'org.apache.camel.quarkus:camel-quarkus-core'
    implementation 'org.apache.camel.quarkus:camel-quarkus-microprofile-health'
    implementation 'org.apache.camel.quarkus:camel-quarkus-kubernetes'
    implementation 'io.quarkus:quarkus-config-yaml'
    implementation 'io.quarkus:quarkus-resteasy-jackson'
    implementation 'org.apache.camel.quarkus:camel-quarkus-micrometer'
    implementation 'io.quarkus:quarkus-smallrye-health'
    implementation 'io.quarkus:quarkus-container-image-jib'
    implementation 'io.quarkus:quarkus-kubernetes'
    implementation 'io.quarkus:quarkus-micrometer'
    implementation 'io.quarkus:quarkus-arc'
    implementation 'io.quarkus:quarkus-resteasy'
    testImplementation 'io.quarkus:quarkus-junit5'
    testImplementation 'io.rest-assured:rest-assured'
}

本次會注重於 quarkus-container-image-jib 與 quarkus-kubernetes。首先介紹一下 Jib，用來為 Java 應用程式快速且簡易建立 Docker 或 OCI 容器 Image。相比傳統 Dockerfile 方式，Jib 提供了一種更直觀、更自動化的方式來整合 Java 應用程式並打包成容器 Image。

Jib 優勢可帶來

增加開發效率，不必特別管理 Dockerfile，加快了開發週期
Image 品質，產生的 Image 更小、更快速、更安全
整合方面可以輕鬆整合到現有的 Maven 或 Gradle 建構框架流程中
Daemonless，減少對 CLI 的依賴，不需要撰寫 Dockerfile 和呼叫 docker build/push。

再來是， quarkus-kubernetes 套件。Quarkus 使用 dekorate 透過框架安全預設值和使用者提供的配置自動產生 Kubernetes YAML 資源。其支援 Kubernetes、OpenShift 和 Knative 來產生對應的 YAML 資源。前面產生了 YAML 清單，當然可部署到目標 Kubernetes，透過 Kubernetes API 來實現。

透過 Jib 建構 Image 再透過 quarkus-kubernetes 來產生 YAML 清單，這樣可以在地端輕鬆的快速驗證內容。

前面大致說明了重點套件。接下來來實作吧! 理論上建置完 Quarkus 專案後會產生一個範例 API

@Path("/hello")
public class GreetingResource {

    @Inject
    GreetingConfig greetingConfig;

    @GET
    @Produces(MediaType.TEXT_PLAIN)
    public String hello() {
        return "Hello RESTEasy %s".formatted(greetingConfig.message());
    }
}

建置 Kubernetes YAML

對於 quarkus-kubernetes 套件配置以下，讓 Quarkus 被建構時，將 Kubernetes YAML 儲存至 kubernetes 目錄，這在 CI 時非常有用。

kubernetes:
  output-directory: kubernetes

再來透過 gradle: build 編譯專案，這時在 kubernetes 目錄可以發現一個 yml 和 json 檔案，原則上部署都是用 yml，除非想透過 API 方式，那就可以使用 json。裡面內容是預設框架給的 kubernetes 資源 YAML 清單。

$ tree kubernetes/
kubernetes/
├── kubernetes.json
└── kubernetes.yml

其資源分別是 Service 與 Deployment 資源。

---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  annotations:
    app.quarkus.io/quarkus-version: 3.13.3
    app.quarkus.io/commit-id: 0ea6717ad4a8c436ab47cdffc6e1786e21aeb608
    app.quarkus.io/vcs-uri: https://gitlab.devpack.cc/Itachi_Chen/quarkus-sandbox.git
    app.quarkus.io/build-timestamp: 2024-08-23 - 18:57:59 +0000
  labels:
    app.kubernetes.io/name: ithome2024lab
    app.kubernetes.io/version: 1.0.0-SNAPSHOT
    app.kubernetes.io/managed-by: quarkus
  name: ithome2024lab
spec:
  ports:
    - name: http
      port: 80
      protocol: TCP
      targetPort: 8080
  selector:
    app.kubernetes.io/name: ithome2024lab
    app.kubernetes.io/version: 1.0.0-SNAPSHOT
  type: ClusterIP
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  annotations:
    app.quarkus.io/quarkus-version: 3.13.3
    app.quarkus.io/commit-id: 0ea6717ad4a8c436ab47cdffc6e1786e21aeb608
    app.quarkus.io/vcs-uri: https://gitlab.devpack.cc/Itachi_Chen/quarkus-sandbox.git
    app.quarkus.io/build-timestamp: 2024-08-23 - 18:57:59 +0000
  labels:
    app.kubernetes.io/name: ithome2024lab
    app.kubernetes.io/version: 1.0.0-SNAPSHOT
    app.kubernetes.io/managed-by: quarkus
  name: ithome2024lab
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app.kubernetes.io/version: 1.0.0-SNAPSHOT
      app.kubernetes.io/name: ithome2024lab
  template:
    metadata:
      annotations:
        app.quarkus.io/quarkus-version: 3.13.3
        app.quarkus.io/commit-id: 0ea6717ad4a8c436ab47cdffc6e1786e21aeb608
        app.quarkus.io/vcs-uri: https://gitlab.devpack.cc/Itachi_Chen/quarkus-sandbox.git
        app.quarkus.io/build-timestamp: 2024-08-23 - 18:57:59 +0000
      labels:
        app.kubernetes.io/managed-by: quarkus
        app.kubernetes.io/version: 1.0.0-SNAPSHOT
        app.kubernetes.io/name: ithome2024lab
    spec:
      containers:
        - env:
            - name: KUBERNETES_NAMESPACE
              valueFrom:
                fieldRef:
                  fieldPath: metadata.namespace
          image: registry.hub.docker.com/cch0124/ithome2024lab:1.0.0-SNAPSHOT
          imagePullPolicy: Always
          livenessProbe:
            failureThreshold: 3
            httpGet:
              path: /q/health/live
              port: 8080
              scheme: HTTP
            initialDelaySeconds: 5
            periodSeconds: 10
            successThreshold: 1
            timeoutSeconds: 10
          name: ithome2024lab
          ports:
            - containerPort: 8080
              name: http
              protocol: TCP
          readinessProbe:
            failureThreshold: 3
            httpGet:
              path: /q/health/ready
              port: 8080
              scheme: HTTP
            initialDelaySeconds: 5
            periodSeconds: 10
            successThreshold: 1
            timeoutSeconds: 10
          startupProbe:
            failureThreshold: 3
            httpGet:
              path: /q/health/started
              port: 8080
              scheme: HTTP
            initialDelaySeconds: 5
            periodSeconds: 10
            successThreshold: 1
            timeoutSeconds: 10

從結果來看其實 Deployment 和 Service在地端驗證配置已經很足夠了。如果要上到 DEV、QAS 等環境則需要再配置一些資源，例如 resource、Ingress 等資源。

認識 Deployment 和 Service 資源

Deployment 是 Kubernetes 中用於管理 ReplicaSet 的資源，而 ReplicaSet 用於管理 Pod 的副本數量。基本上 Deployment 有以下特性

副本管理，可以指定希望運行多少個 Pod 副本，且會自動維護這個數量。當 Pod 突然故障或被刪除，Deployment 會自動創建新的 Pod 來替換
滾動更新，Deployment 預設是執行滾動更新，即逐個替換舊 Pod 為新 Pod，保證服務在更新過程中保持可用性
回滾，如果新的 Deployment 版本出現問題，可以回滾到之前的版本
縮放 Pod 副本，當資源到達一定程度時可透過放大 Pod 數量來分配流量，以提高系統穩定性和可用性

順帶提一下，ReplicaSet 不支持滾動更新、回滾等高級功能。因此實務上會使用 Deployment 資源。而 Deployment 在做回滾時則需要 ReplicaSet 的存在，因為 Deployment 在作異動時就是新增一個新 ReplicaSet 和保留舊 ReplicaSet。

下面為資源之間關係

Deployment -----> ReplicaSet -----> Pod

Service，透過 Endpoints 定義了一組 Pod 的邏輯集合，並提供一個穩定的網路端點（IP 和 Port）來存取這些 Pod。其主要特性有以下

服務發現，透過 Label Selector 選擇一系列 Pod，並將這些 Pod 暴露為一個服務
負載均衡，將請求均勻分發到後端的 Pod 上，實現負載均衡
服務抽象，提供了一個穩定的網路端點，即使後端的 Pod IP 發生變化，Service 資源的 IP 地址也不會改變

下面為資源之間關係

Service -----> Endpoints -----> Pod

使用 Jib 建置容器 image

接著在 application.yaml 配置 Jib 內容，如下

quarkus:
  container-image:
    group: cch0124
    name: ${quarkus.application.name:unset}
    tag: ${quarkus.application.version:latest}
    builder: jib
    labels:
      "maintainer": cch
      "app": ${quarkus.application.name}
    registry: registry.hub.docker.com
  jib:
    base-native-image: quay.io/quarkus/quarkus-micro-image:2.0
    user: itachi
    working-directory: /home/jboss
    platforms: linux/amd64

配置完後，嘗試建置 Image，如下指令並搭配變數來進行彈性的配置。相對應參數可以參閱官方。

gradle build -Dquarkus.package.type=native -Dquarkus.native.container-build=true -Dquarkus.kubernetes.deploy=false  -Dquarkus.container-image.push=true  -Dquarkus.container-image.build=true -Dquarkus.container-image.additional-tags="$(git log -1 --pretty=format:%h),day02"  -Dquarkus.container-image.username=${USER} -Dquarkus.container-image.password=${PASSWORD} -Dquarkus.kubernetes.version=$(git log -1 --pretty=format:%h)

執行後 Jib 建置了 Image 也將 Image 推到 docker hub 上，當中 tag 會有當下的 commit sha、day02 以及 1.0.0-SNAPSHOT。