В этой статье в приложении появится функциональность, которая позволит загружать и скачивать файлы. Будут рассмотрены особенности работы с файлами в Kubernetes, а также продемонстрирован рабочий пример с использованием S3-хранилища.
Приложение в этой статье не предназначено для использования в production без доработки. Готовое к работе в production приложение мы получим в конце руководства.
Подготовка окружения
Если вы ещё не подготовили своё рабочее окружение на предыдущих этапах, сделайте это в соответствии с инструкциями статьи «Подготовка окружения».
Если ваше рабочее окружение работало, но перестало, или же последующие инструкции из этой статьи не работают — попробуйте следующее:
Запустим приложение Docker Desktop. Приложению понадобится некоторое время для того, чтобы запустить Docker. Если никаких ошибок в процессе запуска не возникло, то проверим, что Docker запущен и корректно настроен:
docker run hello-world
Результат успешного выполнения команды:
Unable to find image 'hello-world:latest' locally
latest: Pulling from library/hello-world
b8dfde127a29: Pull complete
Digest: sha256:9f6ad537c5132bcce57f7a0a20e317228d382c3cd61edae14650eec68b2b345c
Status: Downloaded newer image for hello-world:latest
Hello from Docker!
This message shows that your installation appears to be working correctly.
При возникновении проблем обратитесь к документации Docker для их устранения.
Запустим приложение Docker Desktop. Приложению понадобится некоторое время для того, чтобы запустить Docker. Если никаких ошибок в процессе запуска не возникло, то проверим, что Docker запущен и корректно настроен:
docker run hello-world
Результат успешного выполнения команды:
Unable to find image 'hello-world:latest' locally
latest: Pulling from library/hello-world
b8dfde127a29: Pull complete
Digest: sha256:9f6ad537c5132bcce57f7a0a20e317228d382c3cd61edae14650eec68b2b345c
Status: Downloaded newer image for hello-world:latest
Hello from Docker!
This message shows that your installation appears to be working correctly.
При возникновении проблем обратитесь к документации Docker для их устранения.
Запустим Docker:
sudo systemctl restart docker
Убедимся, что Docker запустился:
sudo systemctl status docker
Результат выполнения команды, если Docker успешно запущен:
● docker.service - Docker Application Container Engine
Loaded: loaded (/lib/systemd/system/docker.service; enabled; vendor preset: enabled)
Active: active (running) since Thu 2021-06-24 13:05:17 MSK; 13s ago
TriggeredBy: ● docker.socket
Docs: https://docs.docker.com
Main PID: 2013888 (dockerd)
Tasks: 36
Memory: 100.3M
CGroup: /system.slice/docker.service
└─2013888 /usr/bin/dockerd -H fd:// --containerd=/run/containerd/containerd.sock
dockerd[2013888]: time="2021-06-24T13:05:16.936197880+03:00" level=warning msg="Your kernel does not support CPU realtime scheduler"
dockerd[2013888]: time="2021-06-24T13:05:16.936219851+03:00" level=warning msg="Your kernel does not support cgroup blkio weight"
dockerd[2013888]: time="2021-06-24T13:05:16.936224976+03:00" level=warning msg="Your kernel does not support cgroup blkio weight_device"
dockerd[2013888]: time="2021-06-24T13:05:16.936311001+03:00" level=info msg="Loading containers: start."
dockerd[2013888]: time="2021-06-24T13:05:17.119938367+03:00" level=info msg="Loading containers: done."
dockerd[2013888]: time="2021-06-24T13:05:17.134054120+03:00" level=info msg="Daemon has completed initialization"
systemd[1]: Started Docker Application Container Engine.
dockerd[2013888]: time="2021-06-24T13:05:17.148493957+03:00" level=info msg="API listen on /run/docker.sock"
Теперь проверим, что Docker доступен и корректно настроен:
docker run hello-world
Результат успешного выполнения команды:
Unable to find image 'hello-world:latest' locally
latest: Pulling from library/hello-world
b8dfde127a29: Pull complete
Digest: sha256:9f6ad537c5132bcce57f7a0a20e317228d382c3cd61edae14650eec68b2b345c
Status: Downloaded newer image for hello-world:latest
Hello from Docker!
This message shows that your installation appears to be working correctly.
При возникновении проблем обратитесь к документации Docker для их устранения.
Запустим кластер minikube, уже настроенный в начале статьи “Подготовка окружения”:
minikube start
Выставим Namespace по умолчанию, чтобы не указывать его при каждом вызове kubectl:
kubectl config set-context minikube --namespace=werf-guide-app
Результат успешного выполнения команды:
😄 minikube v1.20.0 on Ubuntu 20.04
✨ Using the docker driver based on existing profile
👍 Starting control plane node minikube in cluster minikube
🚜 Pulling base image ...
🎉 minikube 1.21.0 is available! Download it: https://github.com/kubernetes/minikube/releases/tag/v1.21.0
💡 To disable this notice, run: 'minikube config set WantUpdateNotification false'
🔄 Restarting existing docker container for "minikube" ...
🐳 Preparing Kubernetes v1.20.2 on Docker 20.10.6 ...
🔎 Verifying Kubernetes components...
▪ Using image gcr.io/google_containers/kube-registry-proxy:0.4
▪ Using image k8s.gcr.io/ingress-nginx/controller:v0.44.0
▪ Using image registry:2.7.1
▪ Using image docker.io/jettech/kube-webhook-certgen:v1.5.1
▪ Using image docker.io/jettech/kube-webhook-certgen:v1.5.1
▪ Using image gcr.io/k8s-minikube/storage-provisioner:v5
🔎 Verifying registry addon...
🔎 Verifying ingress addon...
🌟 Enabled addons: storage-provisioner, registry, default-storageclass, ingress
🏄 Done! kubectl is now configured to use "minikube" cluster and "werf-guide-app" namespace by default
Убедитесь, что вывод команды содержит строку:
Restarting existing docker container for "minikube"
Если её нет, значит был создан новый кластер minikube вместо использования старого. В таком случае повторите установку рабочего окружения с minikube с самого начала.
Теперь запустите команду в фоновом PowerShell-терминале и не закрывайте его:
minikube tunnel --cleanup=true
Запустим кластер minikube, уже настроенный в начале статьи “Подготовка окружения”:
minikube start --namespace werf-guide-app
Выставим Namespace по умолчанию, чтобы не указывать его при каждом вызове kubectl:
kubectl config set-context minikube --namespace=werf-guide-app
Результат успешного выполнения команды:
😄 minikube v1.20.0 on Ubuntu 20.04
✨ Using the docker driver based on existing profile
👍 Starting control plane node minikube in cluster minikube
🚜 Pulling base image ...
🎉 minikube 1.21.0 is available! Download it: https://github.com/kubernetes/minikube/releases/tag/v1.21.0
💡 To disable this notice, run: 'minikube config set WantUpdateNotification false'
🔄 Restarting existing docker container for "minikube" ...
🐳 Preparing Kubernetes v1.20.2 on Docker 20.10.6 ...
🔎 Verifying Kubernetes components...
▪ Using image gcr.io/google_containers/kube-registry-proxy:0.4
▪ Using image k8s.gcr.io/ingress-nginx/controller:v0.44.0
▪ Using image registry:2.7.1
▪ Using image docker.io/jettech/kube-webhook-certgen:v1.5.1
▪ Using image docker.io/jettech/kube-webhook-certgen:v1.5.1
▪ Using image gcr.io/k8s-minikube/storage-provisioner:v5
🔎 Verifying registry addon...
🔎 Verifying ingress addon...
🌟 Enabled addons: storage-provisioner, registry, default-storageclass, ingress
🏄 Done! kubectl is now configured to use "minikube" cluster and "werf-guide-app" namespace by default
Убедитесь, что вывод команды содержит строку:
Restarting existing docker container for "minikube"
Если её нет, значит был создан новый кластер minikube вместо использования старого. В таком случае повторите установку рабочего окружения с minikube с самого начала.
Если вы непреднамеренно удалили Namespace приложения, то необходимо выполнить следующие команды, чтобы продолжить прохождение руководства:
kubectl create namespace werf-guide-app
kubectl create secret docker-registry registrysecret \
--docker-server='https://index.docker.io/v1/' \
--docker-username='<ИМЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ DOCKER HUB>' \
--docker-password='<ПАРОЛЬ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ DOCKER HUB>'
Результат успешного выполнения команды:
namespace/werf-guide-app created
secret/registrysecret created
Если ничего не помогло, то пройдите статью «Подготовка окружения» с начала, подготовив новое окружение с нуля. Если и это не помогло, тогда, пожалуйста, расскажите о своей проблеме в нашем Telegram или оставьте Issue на GitHub, и мы обязательно вам поможем.
Подготовка репозитория
Обновим существующий репозиторий с приложением:
Выполним следующий набор команд в PowerShell:
cd ~/werf-guide/app
# Чтобы увидеть, какие изменения мы собрались вносить далее в этой статье, заменим все файлы приложения
# в репозитории новыми, уже измененными файлами приложения, которые содержат описанные далее изменения.
git rm -r .
cp -Recurse -Force ~/werf-guide/guides/examples/django/050_s3/* .
git add .
git commit -m WIP
# Показать, какие файлы мы собираемся изменить.
git show --stat
# Показать изменения.
git show
Выполним следующий набор команд в Bash:
cd ~/werf-guide/app
# Чтобы увидеть, какие изменения мы собрались вносить далее в этой статье, заменим все файлы приложения
# в репозитории новыми, уже измененными файлами приложения, которые содержат описанные далее изменения.
git rm -r .
cp -rf ~/werf-guide/guides/examples/django/050_s3/. .
git add .
git commit -m WIP
# Показать, какие файлы мы собираемся изменить.
git show --stat
# Показать изменения.
git show
Не работает? Попробуйте инструкции на вкладке «Начинаю проходить руководство с этой статьи» выше.
Подготовим новый репозиторий с приложением:
Выполним следующий набор команд в PowerShell:
# Склонируем репозиторий с примерами в ~/werf-guide/guides, если он ещё не был склонирован.
if (-not (Test-Path ~/werf-guide/guides)) {
git clone https://github.com/werf/website $env:HOMEPATH/werf-guide/guides
}
# Скопируем файлы приложения (пока без изменений) в ~/werf-guide/app.
rm -Recurse -Force ~/werf-guide/app
cp -Recurse -Force ~/werf-guide/guides/examples/django/040_db ~/werf-guide/app
# Сделаем из директории ~/werf-guide/app git-репозиторий.
cd ~/werf-guide/app
git init
git add .
git commit -m initial
# Чтобы увидеть, какие изменения мы собрались вносить далее в этой статье, заменим все файлы приложения
# в репозитории новыми, уже измененными файлами приложения, которые содержат описанные далее изменения.
git rm -r .
cp -Recurse -Force ~/werf-guide/guides/examples/django/050_s3/* .
git add .
git commit -m WIP
# Показать, какие файлы мы собираемся изменить.
git show --stat
# Показать изменения.
git show
Выполним следующий набор команд в Bash:
# Склонируем репозиторий с примерами в ~/werf-guide/guides, если он ещё не был склонирован.
test -e ~/werf-guide/guides || git clone https://github.com/werf/website ~/werf-guide/guides
# Скопируем файлы приложения (пока без изменений) в ~/werf-guide/app.
rm -rf ~/werf-guide/app
cp -rf ~/werf-guide/guides/examples/django/040_db ~/werf-guide/app
# Сделаем из директории ~/werf-guide/app git-репозиторий.
cd ~/werf-guide/app
git init
git add .
git commit -m initial
# Чтобы увидеть, какие изменения мы собрались вносить далее в этой статье, заменим все файлы приложения
# в репозитории новыми, уже измененными файлами приложения, которые содержат описанные далее изменения.
git rm -r .
cp -rf ~/werf-guide/guides/examples/django/050_s3/. .
git add .
git commit -m WIP
# Показать, какие файлы мы собираемся изменить.
git show --stat
# Показать изменения.
git show
Как хранить файлы
Контейнеры, развертываемые в Kubernetes, часто будут создаваться и удаляться автоматически — например, из-за обновления Deployment. Это значит, что мы не можем хранить файлы, создающиеся приложением, прямо в файловой системе контейнера. Потому что так файлы будут:
- доступны только одному контейнеру/реплике приложения, а не всем;
- удаляться при удалении контейнера.
Поэтому контейнеры должны хранить в своей файловой системе только те данные, которые можно потерять.
Кстати, когда такая возможность есть, файловую систему контейнера даже переключают в read-only, что улучшает безопасность и позволяет убедиться, что приложение действительно не сохраняет данные локально.
Но что делать, если какие-то данные все-таки нужно хранить? Для этого обычно используют развертываемые отдельно базы данных. В частности, для хранения обычных файлов часто используют нереляционные базы данных вроде объектных хранилищ. И особенно часто для хранения файлов используют объектные хранилища, предоставляющие API, совместимый с Amazon S3 API.
Далее мы продемонстрируем, как хранить файлы не в локальной файловой системе, а в S3-совместимом хранилище, чтобы ваши приложения оставались stateless и не испытывали проблем при работе с Kubernetes.
Подготовка
Для работы с S3 в Django обычно используют библиотеку boto3.
Подключим её к проекту, добавив в Dockerfile команду установки:
...
RUN python -m pip install Django uwsgi mysqlclient boto3
Добавление endpoint’ов /upload и /download в приложение
Для демонстрации работы загрузки и отдачи файлов мы добавим два новых endpoints, один из которых будет загружать файл в S3-совместимое объектное хранилище (/upload), а другой — отдавать его оттуда (/download).
Добавим новый контроллер:
from django.http import HttpResponseBadRequest, HttpResponse
from django.shortcuts import render
from .forms import UploadFileForm
from .minio import upload_to_s3, download_from_s3
def upload(request):
if request.method == 'POST':
form = UploadFileForm(request.POST, request.FILES)
if form.is_valid():
upload_to_s3(request.FILES['file'].read())
return HttpResponse('File uploaded.\n')
else:
HttpResponseBadRequest("You forgot to attach a file.\n")
return HttpResponseBadRequest("The request method must be POST.")
def download(request):
return HttpResponse(download_from_s3())
Добавим новые пути в маршруты:
...
path('upload', storage_view.upload, name='upload'),
path('download', storage_view.download, name='download'),
Новые endpoint’ы — /upload и /download — добавлены. Осталось только настроить для них работу с хранилищем.
Развертывание и подключение MinIO
Для демонстрации, в качестве S3-совместимого объектного хранилища мы будем использовать MinIO, но вместо него может использоваться и любое другое S3-хранилище (например, Amazon S3).
Обратите внимание, что если вы используете иное S3-хранилище, то создание нижеописанных StatefulSet и Job для MinIO не потребуется, но остальные инструкции останутся актуальными.
Добавим StatefulSet с MinIO:
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
name: minio
spec:
serviceName: minio
selector:
matchLabels:
app: minio
template:
metadata:
labels:
app: minio
spec:
containers:
- name: minio
image: minio/minio
args: ["server", "/data", "--console-address", ":9001"]
ports:
- containerPort: 9000
name: minio
- containerPort: 9001
name: console
volumeMounts:
- name: minio-data
mountPath: /data
env:
- name: MINIO_ACCESS_KEY
value: "minioadmin"
- name: MINIO_SECRET_KEY
value: "minioadmin"
volumeClaimTemplates:
- metadata:
name: minio-data
spec:
accessModes: ["ReadWriteOnce"]
resources:
requests:
storage: 100Mi
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: minio
spec:
selector:
app: minio
ports:
- port: 9000
name: minio
- port: 9001
name: console
Добавим в приложение конфигурацию для подключения к MinIO:
...
env:
- name: MINIO_ENDPOINT
value: "http://minio:9000"
- name: MINIO_ACCESS_KEY
value: "minioadmin"
- name: MINIO_SECRET_KEY
value: "minioadmin"
- name: BUCKET_NAME
value: "werf-guide-app"
- name: MYSQL_DATABASE
value: "django"
- name: MYSQL_HOST
value: "mysql"
- name: MYSQL_USER
value: "django"
- name: MYSQL_PASSWORD
value: "django"
Теперь MinIO готов к развертыванию, а приложение — настроено на хранение файлов в нём.
Проверка работы хранилища
Развернём приложение:
werf converge --repo <ИМЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ DOCKER HUB>/werf-guide-app
Ожидаемый результат:
┌ Concurrent builds plan (no more than 5 images at the same time)
│ Set #0:
│ - ⛵ image backend
│ - ⛵ image frontend
└ Concurrent builds plan (no more than 5 images at the same time)
┌ ⛵ image backend
│ Use cache image for backend/dockerfile
│ name: <ИМЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ DOCKER HUB>/werf-guide-app:384636338cad8c70b70c4e530032aa930f32b91b8d476aa5cf8219a7-1661359407179
│ id: d9865e6aa43c
│ created: 2022-08-24 19:43:25 +0000 UTC
│ size: 143.3 MiB
└ ⛵ image backend (3.09 seconds)
┌ ⛵ image frontend
│ Use cache image for frontend/dockerfile
│ name: <ИМЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ DOCKER HUB>/werf-guide-app:776dd1b11f95e6a08e138ce50ac0c4ece93051b8522db3a905e71e0a-1661341020624
│ id: ef98a01890ab
│ created: 2022-08-24 14:36:58 +0000 UTC
│ size: 9.7 MiB
└ ⛵ image frontend (3.17 seconds)
┌ Waiting for resources to become ready
│ ┌ job/setup-and-migrate-db-rev14 po/setup-and-migrate-db-rev14-k5hhf container/setup-and-migrate-db logs
│ │ Operations to perform:
│ │ Apply all migrations: admin, auth, contenttypes, sessions, talkers
│ │ Running migrations:
│ │ No migrations to apply.
│ └ job/setup-and-migrate-db-rev14 po/setup-and-migrate-db-rev14-k5hhf container/setup-and-migrate-db logs
│
│ ┌ Status progress
│ │ DEPLOYMENT REPLICAS AVAILABLE UP-TO-DATE
│ │ werf-guide-app 1/1 1 1
│ │ STATEFULSET REPLICAS READY UP-TO-DATE
│ │ minio 1/1 1 1
│ │ mysql 1/1 1 1
│ │ JOB ACTIVE DURATION SUCCEEDED/FAILED
│ │ setup-and-migrate-db-rev14 0 3s 1/0
│ │ │ POD READY RESTARTS STATUS
│ │ └── and-migrate-db-rev14-k5hhf 0/1 0 Completed
│ └ Status progress
└ Waiting for resources to become ready (2.08 seconds)
┌ Waiting for resources elimination: jobs/setup-and-migrate-db-rev13
└ Waiting for resources elimination: jobs/setup-and-migrate-db-rev13 (0.21 seconds)
Release "werf-guide-app" has been upgraded. Happy Helming!
NAME: werf-guide-app
LAST DEPLOYED: Wed Aug 24 20:47:55 2022
LAST PHASE: rollout
LAST STAGE: 0
NAMESPACE: werf-guide-app
STATUS: deployed
REVISION: 14
TEST SUITE: None
Running time 14.16 seconds
Обратимся на /download, который должен попытаться достать файл из S3:
curl http://werf-guide-app.test/download
Так как пока никаких файлов не загружено, получим:
You haven't uploaded anything yet.
Тогда создадим новый файл и загрузим его в S3:
echo "This is file content." > file.txt
curl -F "file=@file.txt" http://werf-guide-app.test/upload
"This is file content." | Out-File -Encoding ascii -FilePath file.txt
curl.exe -F "file=@file.txt" http://werf-guide-app.test/upload
Ожидаемый результат, означающий, что файл сохранён в хранилище:
File uploaded.
Снова попробуем получить файл из хранилища:
curl http://werf-guide-app.test/download
В ответ должно отобразиться содержимое файла:
This is file content.
Также убедимся, что файл сохранился и достаётся именно из хранилища. Для этого сначала запустим контейнер с утилитой mc для взаимодействия с MinIO:
kubectl -n werf-guide-app run mc --image=minio/mc --rm -it --command -- bash
Теперь, оказавшись внутри контейнера, выполним команды:
# Настроим подключение к MinIO.
mc alias set minio http://minio:9000 minioadmin minioadmin
# Получим содержимое сохранённого файла из S3.
mc cat "minio/werf-guide-app/$(mc ls minio/werf-guide-app | awk 'NR==1 {print $6}')"
Ожидаемый результат:
This is file content.
Теперь, если нам требуется работать с файлами, мы можем получать и хранить их в объектном хранилище, а не в файловой системе контейнера. При таком подходе Pod’ы приложения могут создаваться и удаляться без проблем: файлы не потеряются, будут доступны с любой реплики Deployment’а приложения, а файловая система на узлах Kubernetes не будет заполняться ненужными файлами.
Не забывайте: в контейнере можно хранить только те данные, которые можно потерять. Все остальные данные нужно хранить в соответствующих базах данных/хранилищах. Такой подход, в частности, подтверждается лучшими практиками от инженеров Google Cloud.
