18、服务器端 Swift 应用部署与监控全流程指南

服务器端 Swift 应用部署与监控全流程指南

1. 负载均衡与 NGINX 配置

当有三个 EmojiJournalServer 副本运行时，不能简单地将其中一个实例的 8080 端口映射到本地网络来访问应用，需要进行负载均衡。Kubernetes 有 Ingress Controller 的概念，用于管理集群中服务的外部访问。虽然 Kubernetes 提供了内置负载均衡器，但生产环境中推荐使用 NGINX，它不仅是高性能负载均衡器，还可作为 Web 代理。此外，NGINX 还能作为 TLS 终止代理，接收传入的 TLS 请求并进行加密处理，将未加密请求转发到服务器实例，减轻服务器负载并简化证书管理。

以下是具体配置步骤：
1. 创建 NGINX 配置文件 ：在能运行 helm 命令的地方创建 nginx-values.yaml 文件，并添加以下内容：

controller: 
  service: 
    externalTrafficPolicy: Local 
    type: LoadBalancer 
    selector: 
      app.kubernetes.io/name: ingress-nginx 
      app.kubernetes.io/part-of: ingress-nginx 
    targetPorts: 
      http: http 
      https: https

此配置设置了 externalTrafficPolicy 为 Local ，以处理本地流量。
2. 安装 NGINX Helm Chart ：在终端中运行以下命令：

helm install stable/nginx-ingress --name nginx \ 
  --values nginx-values.yaml

该命令会显示部署状态及将 Ingress 注册到控制器以路由流量到 EmojiJournalServer 实例的指南。
3. 创建 Kubernetes 密钥 ：在 EmojiJournalServer 项目根目录下运行以下命令，使生成的密钥和证书可用：

kubectl create secret tls emojiserver-tls --key key.pem \ 
  --cert certificate.pem

4. 更新 EmojiJournalServer 项目 ：
   • 打开 Sources/Application/Application.swift 文件，将以下代码：

Kitura.addHTTPServer(onPort: cloudEnv.port, with: router,  
  withSSL: config)

替换为：

Kitura.addHTTPServer(onPort: cloudEnv.port, with: router)

此操作移除了 HTTPS 激活，但保留了证书和 SSL 设置代码，方便未来恢复。
- 创建 `chart/emojijournalserver/templates/ingress.yaml` 文件，内容如下：

apiVersion: extensions/v1beta1 
kind: Ingress 
metadata: 
  name: emojiserver-ingress 
spec: 
  tls: 
    - hosts: 
      - emojijournal.com 
      secretName: emojiserver-tls 
  rules: 
    - host: emojijournal.com 
      http: 
        paths: 
        - path: / 
          backend: 
            serviceName: emojijournalserver-application-service  
            servicePort: 8080

该配置使 NGINX Ingress Controller 对 `emojijournal.com` 的请求使用 TLS，并将请求路由到 `EmojiJournalServer` 服务。

5. 配置本地域名 ：在终端中运行以下命令，将 emojijournal.com 指向本地：

echo "127.0.0.1       emojijournal.com" | sudo tee -a /etc/hosts

6. 构建并部署更新后的应用 ：在终端中运行以下命令：

kitura build 
kitura run

运行完成后，使用 Control-C 停止服务器，然后部署新的 Helm Chart 版本：

helm upgrade --recreate-pods emojijournalserver \ 
  ./chart/emojijournalserver

2. 生产监控与 Prometheus 配置

现在 EmojiJournalServer 已在 Kubernetes 中高度可用且可扩展，下一步是使其易于监控，以便跟踪用户流量、性能和资源使用数据。Kitura 使用 SwiftMetrics 模块提供监控数据，该模块与 Prometheus 集成，Prometheus 是一个开源监控解决方案，易于在 Kubernetes 环境中集成。

以下是配置 Prometheus 的步骤：
1. 安装 Prometheus Helm Chart ：在终端中运行以下命令：

helm install stable/prometheus --name prometheus \ 
  --namespace prometheus

2. 将 Prometheus 服务器映射到本地网络 ：运行以下命令，使 Prometheus 服务器在 9090 端口可用：

export POD_NAME=$(kubectl get pods --namespace prometheus \ 
  -l "app=prometheus,component=server" \ 
  -o jsonpath="{.items[0].metadata.name}")
kubectl --namespace prometheus port-forward $POD_NAME 9090

3. 查看 Prometheus 仪表盘 ：打开浏览器访问 http://localhost:9090 ，在 Expression 框中输入 os_cpu_used_ratio ，点击 Graph 标签，可查看 EmojiJournalServer 实例的 CPU 使用数据。

3. Grafana 安装与配置

Prometheus 可构建简单图表和警报，但通常与更高级的 Grafana 结合使用。

以下是安装和配置 Grafana 的步骤：
1. 安装 Grafana Helm Chart ：在终端中运行以下命令：

helm install stable/grafana --set adminPassword=PASSWORD \ 
  --name grafana --namespace grafana --version 1.14.3

2. 将 Grafana 仪表盘暴露到浏览器 ：运行以下命令：

export POD_NAME=$(kubectl get pods --namespace grafana \ 
  -l "app=grafana" -o jsonpath="{.items[0].metadata.name}")
kubectl --namespace grafana port-forward $POD_NAME 3000

3. 登录 Grafana 仪表盘 ：打开浏览器访问 http://localhost:3000 ，输入用户名 admin 和密码 PASSWORD 登录。
4. 连接 Grafana 到 Prometheus 服务 ：点击 Add data source 图标，在面板中设置以下选项：
   • Name ：Prometheus
   • Type ：Prometheus
   • URL ： http://prometheus-server.prometheus.svc.cluster.local
     点击 Save & Test 保存配置。

4. 构建 Grafana 仪表盘

Grafana 可构建自定义仪表盘和数据图表，社区也提供了许多预创建的仪表盘。

以下是构建仪表盘的步骤：
1. 导入预创建的仪表盘 ：将鼠标悬停在 + 图标上，选择 Import ，在 Grafana.com Dashboard 字段中输入 1621 ，设置 Prometheus 字段为 Prometheus ，点击 Import 导入 Kubernetes 集群监控仪表盘。
2. 添加自定义图表和图形 ：点击顶部工具栏的 Add panel 图标，选择 Graph ，创建空白图表。选择 Panel Title 下拉菜单，选择 Edit ，在数据框中输入 os_cpu_used_ratio 或更复杂的查询，如 http_request_duration_microseconds{chart="emojijournalserver-1.0.0"}/1000 ，可查看不同的监控数据。

5. 清理部署

使用 helm list 命令查看已部署的版本，使用 helm delete 命令移除部署，例如：

helm delete --purge emojijournalserver
helm delete --purge grafana 
helm delete --purge nginx 
helm delete --purge prometheus 
helm delete --purge postgresql-database

对于 PostgreSQL 数据库，还需删除 PersistentVolumeClaim ：

kubectl get pvc
kubectl delete pvc postgresql-database

6. 其他 Kitura 模块介绍

除了上述内容，还有几个 Kitura 模块值得了解：
- Kitura WebSockets ：WebSocket 协议可将现有 HTTP 请求升级为持久的全双工连接，适用于实时数据传输，如打车应用的位置更新或聊天对话框。可参考 Kitura-WebSocket 了解更多。
- Kitura SMTP ：SMTP 协议可从服务器发送电子邮件，可用于发送用户日记条目的每日摘要。可参考 Swift-SMTP 了解更多。
- Kitura CORS ：CORS 用于处理跨域资源共享，Kitura 提供了工具可轻松设置中间件，允许不同来源的请求。可参考 Kitura-CORS 了解更多。

通过以上步骤，你可以将 EmojiJournalServer 部署为移动和 Web 应用的实时后端，并实现全面的监控和管理。同时，这些技能也可应用于其他项目，提升开发和运维能力。

服务器端 Swift 应用部署与监控全流程指南

7. 部署与监控流程总结

为了更清晰地展示整个部署与监控的流程，下面用 mermaid 流程图进行呈现：

graph LR
    classDef startend fill:#F5EBFF,stroke:#BE8FED,stroke-width:2px
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px
    classDef decision fill:#FFF6CC,stroke:#FFBC52,stroke-width:2px

    A([开始]):::startend --> B(负载均衡与 NGINX 配置):::process
    B --> C(生产监控与 Prometheus 配置):::process
    C --> D(Grafana 安装与配置):::process
    D --> E(构建 Grafana 仪表盘):::process
    E --> F(清理部署):::process
    F --> G(其他 Kitura 模块了解):::process
    G --> H([结束]):::startend

下面通过表格对各步骤进行总结：
|步骤|操作内容|
| ---- | ---- |
|负载均衡与 NGINX 配置|创建 NGINX 配置文件、安装 Helm Chart、创建 Kubernetes 密钥、更新项目、配置本地域名、构建并部署应用|
|生产监控与 Prometheus 配置|安装 Prometheus Helm Chart、映射到本地网络、查看仪表盘|
|Grafana 安装与配置|安装 Grafana Helm Chart、暴露仪表盘到浏览器、登录、连接到 Prometheus 服务|
|构建 Grafana 仪表盘|导入预创建仪表盘、添加自定义图表和图形|
|清理部署|使用 helm delete 移除部署，对 PostgreSQL 数据库删除 PersistentVolumeClaim |
|其他 Kitura 模块了解|了解 Kitura WebSockets、Kitura SMTP、Kitura CORS 模块|

8. 各模块作用与优势分析

• 负载均衡与 NGINX
  • 作用 ：通过负载均衡，将请求均匀分配到多个 EmojiJournalServer 副本上，避免单个实例负载过高。NGINX 作为高性能负载均衡器和 Web 代理，同时还能进行 TLS 终止，减轻服务器处理加密的负担。
  • 优势 ：提高应用的可用性和响应速度，简化证书管理，增强安全性。
• Prometheus
  • 作用 ：收集 EmojiJournalServer 的监控数据，如 CPU 使用率、内存使用率和 HTTP 响应情况等。
  • 优势 ：开源且易于在 Kubernetes 环境集成，提供 API 方便访问监控数据，可构建简单图表和警报。
• Grafana
  • 作用 ：与 Prometheus 结合，提供更高级的图形化展示和仪表盘功能，可构建自定义仪表盘和复杂查询。
  • 优势 ：社区提供大量预创建仪表盘，方便快速搭建监控界面，能直观展示应用的各种指标。
• Kitura 其他模块
  • Kitura WebSockets ：实现持久的全双工连接，适用于实时交互场景，增加应用的实时性。
  • Kitura SMTP ：方便从服务器发送电子邮件，拓展应用的通知功能。
  • Kitura CORS ：处理跨域请求，使应用能与不同来源的客户端进行交互。

9. 实际应用中的注意事项

• 配置文件管理 ：在配置 NGINX、Prometheus 和 Grafana 时，要确保配置文件的准确性，特别是涉及到域名、端口、密钥等信息。每次修改配置文件后，都要进行测试，确保服务正常运行。
• 资源使用监控 ：虽然 Prometheus 和 Grafana 能监控资源使用情况，但在实际应用中，要根据应用的负载情况合理调整服务器资源，避免资源浪费或不足。
• 安全问题 ：在使用 TLS 终止代理时，要妥善管理密钥和证书，防止泄露。同时，对 Grafana 和 Prometheus 的访问要进行权限控制，避免敏感信息被非法获取。

10. 未来拓展方向

• 自动化部署 ：可以结合 CI/CD 工具，如 Jenkins、GitLab CI/CD 等，实现代码更新后自动进行部署和配置更新，提高开发和运维效率。
• 更复杂的监控指标 ：除了现有的 CPU、内存和 HTTP 响应指标，还可以监控数据库查询性能、缓存命中率等，进一步深入了解应用的运行状况。
• 多集群管理 ：如果应用需要在多个 Kubernetes 集群中部署，可以使用工具如 KubeSphere 等进行统一管理和监控。

通过以上对服务器端 Swift 应用部署与监控的详细介绍，你可以全面掌握相关技术，将其应用到实际项目中，打造高效、稳定且易于监控的应用系统。同时，不断探索和拓展这些技术，以适应不断变化的业务需求。