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進階負載平衡最佳化程式碼研究室

1. 簡介

歡迎使用進階負載平衡最佳化程式碼研究室！

在本程式碼研究室中，您將瞭解如何為全域外部應用程式負載平衡器設定進階負載平衡選項。開始之前，建議您先參閱雲端負載平衡說明文件 ( https://cloud.google.com/load-balancing/docs/load-balancing-overview)

圖 1. 使用全域外部應用程式負載平衡器選擇目的地端點的工作流程。

程式碼研究室拓撲和用途

圖 2. HTTP 負載平衡器路由拓樸

在這個程式碼研究室中，您將設定兩個代管執行個體群組。您將建立全域外部 HTTPS 負載平衡器。負載平衡器會使用 Envoy 負載平衡器支援的進階功能清單中的多項功能。部署完成後，您將產生一些模擬負載，並驗證設定是否正常運作。

課程內容

如何設定 ServiceLbPolicy 以微調負載平衡器。

軟硬體需求

具備外部 HTTPS 負載平衡的相關知識。本程式碼研究室的前半部與「具備進階流量管理功能的 External HTTPs LB」程式碼研究室 (https://codelabs.developers.google.com/codelabs/externalhttplb-adv) 非常相似。建議您先詳閱該文件。

2. 事前準備

在 Cloud Shell 中，確認您已設定專案 ID

gcloud config list project
gcloud config set project [YOUR-PROJECT-NAME]
prodproject=YOUR-PROJECT-NAME
echo $prodproject

啟用 API

啟用所有必要服務

gcloud services enable compute.googleapis.com
gcloud services enable logging.googleapis.com
gcloud services enable monitoring.googleapis.com
gcloud services enable networkservices.googleapis.com

3. 建立虛擬私有雲網路

建立虛擬私有雲網路

透過 Cloud Shell

gcloud compute networks create httplbs --subnet-mode=auto

輸出

Created [https://www.googleapis.com/compute/v1/projects/PROJECT_ID/global/networks/httplbs].
NAME     SUBNET_MODE  BGP_ROUTING_MODE  IPV4_RANGE  GATEWAY_IPV4
httplbs  AUTO         REGIONAL

建立 VPC 防火牆規則

建立虛擬私有雲網路後，您現在可以建立防火牆規則。防火牆規則會用於允許所有 IP 存取測試應用程式網站的 80 號通訊埠外部 IP，以便傳送 HTTP 流量。

透過 Cloud Shell

gcloud compute firewall-rules create httplb-allow-http-rule \
--allow tcp:80 \
--network httplbs \
--source-ranges 0.0.0.0/0 \
--priority 700

輸出

Creating firewall...working..Created [https://www.googleapis.com/compute/v1/projects/PROJECT_ID/global/firewalls/httplb-allow-http-rule].
Creating firewall...done.
NAME                    NETWORK  DIRECTION  PRIORITY  ALLOW   DENY  DISABLED
httplb-allow-http-rule  httplbs  INGRESS    700       tcp:80        False

在本程式碼研究室中，我們將調整 VM 的健康狀態。因此，我們也會建立防火牆規則來允許 SSH。

透過 Cloud Shell

gcloud compute firewall-rules create fw-allow-ssh \
    --network=httplbs \
    --action=allow \
    --direction=ingress \
    --target-tags=allow-ssh \
    --rules=tcp:22

輸出

Creating firewall...working..Created [https://www.googleapis.com/compute/v1/projects/PROJECT_ID/global/firewalls/fw-allow-ssh].
Creating firewall...done.
NAME          NETWORK  DIRECTION  PRIORITY  ALLOW   DENY  DISABLED
fw-allow-ssh  httplbs  INGRESS    1000      tcp:22        False

4. 設定代管執行個體群組

您需要設定代管執行個體群組，其中包含 HTTP 負載平衡器使用的後端資源模式。首先，我們會建立執行個體範本，定義各個區域要建立的 VM 設定。接下來，我們會為每個地區的後端建立參照執行個體範本的代管執行個體群組。

代管執行個體群組的範圍可以是區域性或地區性。在本研究室練習中，我們將建立區域代管執行個體群組。

在本節中，您可以看到預先建立的啟動指令碼，這會在建立執行個體時參照。這個開機指令碼會安裝並啟用網路伺服器功能，我們會用來模擬網路應用程式。歡迎查看這個指令碼。

建立執行個體範本

第一步是建立執行個體範本。

透過 Cloud Shell

gcloud compute instance-templates create test-template \
   --network=httplbs \
   --tags=allow-ssh,http-server \
   --image-family=debian-9 \
   --image-project=debian-cloud \
   --metadata=startup-script='#! /bin/bash
     apt-get update
     apt-get install apache2 -y
     a2ensite default-ssl
     a2enmod ssl
     vm_hostname="$(curl -H "Metadata-Flavor:Google" \
     http://169.254.169.254/computeMetadata/v1/instance/name)"
     echo "Page served from: $vm_hostname" | \
     tee /var/www/html/index.html
     systemctl restart apache2'

輸出

NAME           MACHINE_TYPE   PREEMPTIBLE  CREATION_TIMESTAMP
test-template  n1-standard-1               2021-11-09T09:24:35.275-08:00

您現在可以使用下列 gcloud 指令，驗證是否已成功建立執行個體範本：

透過 Cloud Shell

gcloud compute instance-templates list

輸出

NAME                  MACHINE_TYPE   PREEMPTIBLE  CREATION_TIMESTAMP
test-template         n1-standard-1         2021-11-09T09:24:35.275-08:00

建立執行個體群組

我們現在必須根據先前建立的執行個體範本，建立代管執行個體群組。

透過 Cloud Shell

gcloud compute instance-groups managed create us-east1-a-mig \
--size=1 \
--template=test-template \
--zone=us-east1-a

輸出

Created [https://www.googleapis.com/compute/v1/projects/PROJECT_ID/zones/us-east1-a/instanceGroupManagers/us-east1-a-mig].
NAME            LOCATION    SCOPE  BASE_INSTANCE_NAME   SIZE  TARGET_SIZE  INSTANCE_TEMPLATE  AUTOSCALED
us-east1-a-mig  us-east1-a  zone   us-east1-a-mig       0     1            test-template      no

透過 Cloud Shell

gcloud compute instance-groups managed create us-east1-b-mig \
--size=5 \
--template=test-template \
--zone=us-east1-b

輸出

Created [https://www.googleapis.com/compute/v1/projects/PROJECT_ID/zones/us-east1-b/instanceGroupManagers/us-east1-b-mig].
NAME            LOCATION    SCOPE  BASE_INSTANCE_NAME   SIZE  TARGET_SIZE  INSTANCE_TEMPLATE  AUTOSCALED
us-east1-b-mig  us-east1-b  zone   us-east1-b-mig       0     5            test-template      no

我們可以使用下列 gcloud 指令，確認執行個體群組是否已成功建立：

透過 Cloud Shell

gcloud compute instance-groups list

輸出

NAME                  LOCATION      SCOPE   NETWORK         MANAGED INSTANCES
us-east1-a-mig        us-east1-a    zone    httplbs          Yes      1
us-east1-b-mig        us-east1-b    zone    httplbs          Yes      5

驗證 Web 伺服器功能

每個執行個體都會設定為執行 Apache 網路伺服器，並搭配簡單的 PHP 指令碼，以便顯示類似以下內容的內容：

網頁由以下位置提供：us-east1-a-mig-ww2h

如要確保網路伺服器運作正常，請前往「Compute Engine」>「VM 執行個體」。請確認新執行個體 (例如 us-east1-a-mig-xxx) 已根據執行個體群組定義建立。

現在，請在瀏覽器中發出網路要求，確保網路伺服器正在執行 (可能需要一分鐘的時間)。在「Compute Engine」的「VM 執行個體」頁面中，選取由執行個體群組建立的執行個體，然後按一下該執行個體的外部 (公開) IP。

或在瀏覽器中前往 http://<IP_Address>

5. 設定負載平衡器

建立健康狀態檢查

首先，我們必須建立基本的健康狀態檢查，確保服務已成功啟用及執行。我們將建立基本健康狀態檢查，還有許多進階自訂選項可供使用。

透過 Cloud Shell

gcloud compute health-checks create http http-basic-check \
    --port 80

輸出

Created [https://www.googleapis.com/compute/v1/projects/PROJECT_ID/global/healthChecks/http-basic-check].
NAME              PROTOCOL
http-basic-check  HTTP

保留外部 IP 位址

在這個步驟中，您需要預留全球可用的靜態 IP 位址，稍後會將該位址附加至負載平衡器。

透過 Cloud Shell

gcloud compute addresses create lb-ipv4-2 \
    --ip-version=IPV4 \
    --global

輸出

Created [https://www.googleapis.com/compute/v1/projects/PROJECT_ID/global/addresses/lb-ipv4-2].

請務必記下已保留的 IP 位址。

gcloud compute addresses describe lb-ipv4-2 \
    --format="get(address)" \
    --global

建立後端服務

接下來，我們必須為先前建立的代管執行個體群組建立後端服務。

透過 Cloud Shell

gcloud compute backend-services create east-backend-service \
    --load-balancing-scheme=EXTERNAL_MANAGED \
    --protocol=HTTP \
    --port-name=http \
    --health-checks=http-basic-check \
    --global

輸出

Created [https://www.googleapis.com/compute/v1/projects/PROJECT_ID/global/backendServices/east-backend-service].
NAME                  BACKENDS  PROTOCOL
east-backend-service            HTTP

將 MIG 新增至後端服務

建立後端服務後，您必須將先前建立的代管執行個體群組新增至每個後端服務。

透過 Cloud Shell

gcloud compute backend-services add-backend east-backend-service --instance-group us-east1-a-mig --instance-group-zone us-east1-a --global

透過 Cloud Shell

gcloud compute backend-services add-backend east-backend-service --instance-group us-east1-b-mig --instance-group-zone us-east1-b --global

您可以執行下列指令，確認已新增後端。

透過 Cloud Shell

gcloud compute backend-services list

輸出

NAME                  BACKENDS                                                                                               PROTOCOL
east-backend-service  us-east1-a/instanceGroups/us-east1-a-mig,us-east1-b/instanceGroups/us-east1-b-mig  HTTP

建立網址對應

接下來，我們將建立網址對應。

gcloud compute url-maps create web-map-http \
    --default-service=east-backend-service \
    --global

輸出

Created [https://www.googleapis.com/compute/v1/projects/PROJECT_ID/global/urlMaps/web-map-http].
NAME          DEFAULT_SERVICE
web-map-http  backendServices/east-backend-service

建立 HTTP 前端

建立負載平衡器的最後一步是建立前端。這會將先前保留的 IP 位址對應至您建立的負載平衡器網址對應。

透過 Cloud Shell

gcloud compute target-http-proxies create http-lb-proxy-adv \
    --url-map=web-map-http

輸出

Created [https://www.googleapis.com/compute/v1/projects/PROJECT_ID/global/targetHttpProxies/http-lb-proxy-adv].
NAME               URL_MAP
http-lb-proxy-adv  web-map-http

接下來，您需要建立通用轉送規則，將先前保留的 IP 位址對應至 HTTP Proxy。

透過 Cloud Shell

gcloud compute forwarding-rules create http-content-rule \
    --load-balancing-scheme EXTERNAL_MANAGED \
    --address=lb-ipv4-2 \
    --global \
    --target-http-proxy=http-lb-proxy-adv \
    --ports=80

此時，您可以確認負載平衡器是否使用先前記下的 IP 位址。

6. 確認負載平衡器是否運作正常

如要確認負載平衡功能是否正常運作，您需要產生一些負載。為此，我們會建立新的 VM 來模擬負載。

建立 Siege-vm

接下來，您將建立用於產生負載的 siege-vm

透過 Cloud Shell

gcloud compute instances create siege-vm \
    --network=httplbs \
    --zone=us-east1-a \
    --machine-type=e2-medium \
    --tags=allow-ssh,http-server \
    --metadata=startup-script='sudo apt-get -y install siege'

輸出

Created [https://www.googleapis.com/compute/v1/projects/PROJECT_ID/zones/us-east1-a/instances/siege-vm].
NAME      ZONE             MACHINE_TYPE  PREEMPTIBLE  INTERNAL_IP  EXTERNAL_IP   STATUS
siege-vm  us-central1-ir1  e2-medium                  10.132.0.15  34.143.20.68  RUNNING

接下來，您可以透過 SSH 連線至所建立的 VM。建立完成後，按一下「SSH」即可啟動終端機並建立連線。

連線後，請執行下列指令產生負載。使用您先前為外部 http 負載平衡器保留的 IP 位址。

透過 Cloud Shell

siege -c 20 http://$lb-ipv4-2

輸出

New configuration template added to /home/cloudcurriculumdeveloper/.siege
Run siege -C to view the current settings in that file

檢查負載分配

Siege 執行完畢後，請檢查流量是否平均分配給兩個代管執行個體群組。

停止 Siege

您現在已證實進階流量拆分功能運作正常，現在該停止評估了。如要停止測試，請返回 siege-vm 的 SSH 終端機，然後按下 CTRL+C 鍵停止測試。

7. 設定服務 Lb 政策

建立服務 LB 政策

基本設定完成後，我們將建立 Service Lb 政策，並試用進階功能。舉例來說，我們會設定服務使用一些進階負載平衡設定。在這個範例中，我們只會建立政策來啟用自動容量耗盡功能。但歡迎試試其他功能。

透過 Cloud Shell

gcloud beta network-services service-lb-policies create http-policy \
    --auto-capacity-drain --location=global

您可以使用下列 gcloud 指令驗證政策是否已成功建立：

透過 Cloud Shell

gcloud beta network-services service-lb-policies list --location=global

輸出

NAME
http-policy

將服務負載平衡政策附加至後端服務

我們現在會將新政策附加至上述現有的後端服務。

透過 Cloud Shell

gcloud beta compute backend-services update east-backend-service \
    --service-lb-policy=http-policy --global

8. 調整後端健康狀態

此時，新的服務負載平衡政策已套用至後端服務。因此嚴格來說，您可以直接前往清除所用資源。不過在這個程式碼研究室中，我們還將進行其他實際工作環境的調整，向您說明新政策的運作方式。

當健康的後端總數低於某個門檻 (25%) 時，自動容量耗盡功能會自動從負載平衡器中移除後端 MIG。為了測試這項功能，我們將透過 SSH 連線至 us-east1-b-mig 中的 VM，並讓這些 VM 處於不健康狀態。在 25% 的門檻下，您必須透過 SSH 連線至四個 VM，然後關閉 Apache 伺服器。

如要這樣做，請選取四個 VM，然後按一下 SSH 圖示來啟動終端機並連線。然後執行下列指令。

sudo apachectl stop

此時，系統會觸發自動容量耗盡功能，us-east1-b-mig 就不會收到新的要求。

9. 確認自動耗盡容量功能是否正常運作

重新開始圍攻

為了驗證新功能，我們會再次重複使用 siege VM。讓我們透過 SSH 連線至先前步驟中建立的 VM。建立完成後，按一下「SSH」即可啟動終端機並連線。

連線後，請執行下列指令產生負載。使用您先前為外部 http 負載平衡器保留的 IP 位址。

透過 Cloud Shell

siege -c 20 http://$lb-ipv4-2

輸出

New configuration template added to /home/cloudcurriculumdeveloper/.siege
Run siege -C to view the current settings in that file

此時，您會發現所有要求都會傳送至 us-east1-a-mig。

Stop the Siege

您已證明進階流量分配功能運作正常，現在可以停止圍攻了。如要這麼做，請返回 siege-vm 的 SSH 終端機，然後按下 CTRL+C 鍵來停止 siege 執行。

10. 清理步驟

研究室環境現已結束，接下來該拆除。請執行下列指令，刪除測試環境。

透過 Cloud Shell

gcloud compute instances delete siege-vm --zone=us-east1-a

gcloud compute forwarding-rules delete http-content-rule --global
gcloud compute target-http-proxies delete http-lb-proxy-adv

gcloud compute url-maps delete web-map-http

gcloud compute backend-services delete east-backend-service --global

gcloud compute addresses delete lb-ipv4-2 --global
gcloud compute health-checks delete http-basic-check 

gcloud beta network-services service-lb-policies delete http-policy --location=global

gcloud compute instance-groups managed delete us-east1-a-mig --zone=us-east1-a
gcloud compute instance-groups managed delete us-east1-b-mig --zone=us-east1-b

gcloud compute instance-templates delete test-template 

gcloud compute firewall-rules delete httplb-allow-http-rule
gcloud compute firewall-rules delete fw-allow-ssh

gcloud compute networks delete httplbs

11. 恭喜！

恭喜您完成程式碼研究室！

涵蓋內容

建立具有 Service lb 政策的外部應用程式負載平衡器。
使用自動容量排除功能設定後端服務。

後續步驟

試用服務 lb 政策提供的其他功能。