Google Kubernetes Eengine 是 Kubernetes 在 GCP 的雲端加值版本，可以讓你的 Kubernetes 在管理 Docker 容器應用程式的時候，更方便好用。
假如你本來就已經會使用容器技術，例如 Docker，可以使用虛擬機器或是 Cloud Run 來運作容器應用程式，但當我們的系統變得更加複雜時，我們可能需要更強大的工具來管理整個應用程式生態系統。
這時候就需要「容器編排」技術了。編排（Orchestration）這個詞來自音樂領域，就像指揮家需要協調管弦樂團中的各種樂器，讓他們在正確的時間演奏正確的音符，最終產生和諧的音樂一樣，容器編排就是自動化協調和管理複雜系統中多個容器元件的過程。它負責決定哪些容器應該在哪裡運行、如何分配資源、確保容器間的通訊，以及根據需求自動擴展或縮減容器數量。
Kubernetes 簡介
為什麼需要 Kubernetes？
想像一下，你正在經營一家大型的線上商店。最初，你可能只有一個簡單的網站容器在運行，這時 Cloud Run 就足夠了。但隨著業務成長，你的系統開始變得複雜：
- 前端網站需要與後端 API 服務通訊
- 需要負載平衡來分配流量
- 某些服務需要定期備份和更新
- 不同的服務有不同的資源需求
- 需要監控各個環節的健康狀態
這時候，單純使用多個獨立的容器服務就變得難以管理。你需要手動協調各個服務之間的通訊、處理故障恢復、管理各種設定檔和機密資訊等等。這就是 Kubernetes 要解決的問題。
Kubernetes（常簡稱為 K8s）是一個開源的容器編排平台，它就像是一個聰明的指揮家，能夠協調和管理大量的容器化應用程式。
Kubernetes 的核心價值
它的核心價值在於：
自動化部署和擴充：
根據負載自動增加或減少容器執行個體的數量。
服務發現 (Service Discovery) 和負載平衡：
服務發現機制讓服務能夠輕鬆找到彼此，並自動分配流量到健康的容器。
自我修復能力：
當某個容器發生故障，會自動重啟新的容器，確保系統的高可用性。
設定和機密資訊管理：
提供了統一的方式來管理應用程式的設定資訊和敏感資料。
滾動更新 (Rolling Update)：
能夠逐步替換舊版本的容器，確保服務不中斷。
從單一容器到容器叢集
如果說 Cloud Run 讓我們能夠輕鬆運行單一的容器化應用程式，那麼 Kubernetes 就是讓我們能夠管理整個容器化應用程式生態系統的平台。它將多個容器組織成一個協調運作的叢集 (Cluster) ，每個容器都有自己的角色和責任，但它們共同協作來提供完整的服務。
就像管理一個小型團隊發展到管理一個大型組織。在小團隊中，每個人可能身兼多職，溝通簡單直接。但在大型組織中，你需要明確的分工、標準化的流程、有效的溝通機制，以及能夠快速適應變化的管理體系。
Google Kubernetes Engine (GKE) 簡介
雖然 Kubernetes 非常強大，但設置和維護一個 Kubernetes 叢集本身就是一項複雜的任務。你需要處理主節點的高可用性、網路配置、安全性設定、監控和日誌收集等等。
你可以在地端，或使用 Compute Engine 的虛擬機器來架設 Kubernetes，但是整個過程非常繁瑣，架設完成還要處理各個節點之前的通訊，極為複雜且耗時，當你花了好幾搭建好環境，你都還沒處理到應用程式的部分。
這就是為什麼 Google 推出了 Google Kubernetes Engine。
GKE 是 Google Cloud 提供的代管式 Kubernetes 服務。它讓你能夠善用 Kubernetes 的所有強大功能，同時 Google 會負責處理底層的基礎建設管理工作。代表你可以專注於開發和部署應用程式，而不需要擔心 Kubernetes Cluster 本身的維護。
Kubernetes 的幾個核心物件
在開始使用 GKE 之前，先來了解 Kubernetes 的幾個核心物件：
Node：工作節點而非虛擬機器
Node 是指叢集中的工作節點。為什麼不直接叫「虛擬機器」？因為 Node 是一個更抽象的概念：它可以是實體機器或虛擬機器。Kubernetes 把這些不同類型的運算資源統一稱為 Node，強調的是它們的「工作節點」角色，能夠運作容器，至於它們到底是怎樣的機器，其實並不重要。
Pod：容器的最小單位
Pod 是 Kubernetes 中部署和管理的最小單位。一個 Pod 通常包含一個容器，但也可以包含多個緊密相關的容器。這些容器共享網路和儲存資源，就像室友共享一個公寓一樣。Pod 的生命週期很短暫，隨時可能被創建或銷毀。
Deployment：管理應用程式的生命週期
Deployment 負責管理你的應用程式如何部署和更新。它告訴 Kubernetes：「我想要運行 3 個網站的副本」，然後 Deployment 會確保始終有 3 個健康的 Pod 在運行。如果某個 Pod 掛掉了，Deployment 會自動建立新的來替代。當你要更新應用程式時，Deployment 也會協調整個更新過程。
Service：穩定的網路端點
由於 Pod 會頻繁地建立和銷毀，它們的 IP 地址也會不斷變化。Service 就像是一個穩定的門牌號碼，為一組 Pod 提供固定的網路端點。無論後面的 Pod 如何變化，其他服務都可以通過 Service 找到它們，不需要你手動調整網路連結。
Ingress：對外開放的大門
Ingress 是叢集的對外入口，負責將外部的 HTTP/HTTPS 流量路由到叢集內的 Service。它就像是一個智慧的接待人員，根據 URL 路徑或網域將流量導向正確的服務。比如，當用戶訪問 api.example.com 時，Ingress 會將請求轉發給 API 服務；訪問 app.example.com 時，則轉發給前端應用程式。
整體的運作架構示意如下圖：
這些元件形成了一個完整的體系：Node 提供運算資源，Pod 在 Node 上運行你的應用程式，Deployment 管理 Pod 的生命週期，Service 為 Pod 提供穩定的網路訪問方式，而 Ingress 則負責將外部流量導入到正確的 Service。
就像一個運作良好的公司：Node 是辦公大樓，Pod 是員工工作的辦公室，Deployment 是人事部門負責人員配置，Service 是內部電話系統，而 Ingress 是前台接待處。
建立你的第一個 GKE Cluster
了解了 Kubernetes 的核心概念後，現在讓我們實際建立一個 GKE Cluster。GKE 提供了兩種主要的叢集模式，讓我們先來了解它們的差異。
Standard 模式 vs Autopilot 模式
GKE 提供兩種不同的 Cluster 運作模式，各有其適用場景：
Standard 模式（標準模式）
Standard 模式讓你擁有完整的控制權，就像擁有一輛可以自己調整引擎、變速箱的汽車。你需要自己管理節點（Node）的配置、擴展策略、安全性設定等等。這種模式適合有經驗的團隊，需要精細控制叢集行為，或是有特殊的硬體需求。
要注意的是，當你建立完 Cluster，它會幫你建立好節點，其實你還沒部署應用程式，代表這些節點資源已經開始隨著時間計費，這樣會浪費你的預算，你就可以選擇 Autopilot 模式。
Autopilot 模式（自動駕駛模式）
Autopilot 模式就像使用自動駕駛汽車，Google 會自動處理大部分的基礎設施管理工作。它會自動配置節點、處理安全性更新、優化資源使用，並且只針對你實際使用的 Pod 資源收費，所以讓你還沒部署 Pod 的時候，還沒建立任何 Node，就不會針對 Node 收取費用。
這種模式特別適合想要專注於應用程式開發，而不想花時間管理基礎設施的團隊。對於初學者和大多數應用場景，我們推薦使用 Autopilot 模式，因為它大幅簡化了叢集管理的複雜度。
使用 GCP Console 來建立 GKE Autopilot Cluster
讓我們透過 Google Cloud Console 來建立第一個 Autopilot Cluster，點擊「叢集」，再點「建立」：
名稱我們保持預設，區域一樣選擇 asia-east1，然後在級別的部分選擇「標準級」，然後再點「下一個區段：機群註冊」：
GKE 有個最新功能叫做 GKE Fleet Management，可以將不同 Google Cloud 專案中的GKE Cluster 地群組在一起，而且不只 GKE Cluster，也包含地端環境、其他雲端平台的 Cluster 都可以納入管理，這樣就能一次管理所有應用程式，簡化維運工作。
在這裡我們只有一個 Cluster，所以可略過這個功能，再點「下一個區段：網路連線」：
在這裡保持預設即可，其中可以注意的是，最右邊有 Pod 和 Service 的 IP 範圍，代表 Kubernetes 會分配 IP 位址給它們使用，而在 GKE 環境下，就是會把 Subnet 的次要 IP 範圍自動分配給它們，我們不用額外設定。再點「下一個區段：進階設定」：
在「目前發布版本」的下拉式選單中，我們選擇「一般（建議）」，然後再按下「建立」：
接下來就等待 Cluster 建立完成，在這裡大概需要等待 5～10 分鐘左右：
這裡順便補充一下，大部分熟悉 Kubernertes 的工程師都偏好使用指令來建立和管理 GKE Cluster，我們也開啟 Cloud Shell 來建立第二個 Cluster 看看吧！
使用 gcloud 指令建立 Autopilot Cluster
gcloud container clusters create-auto autopilot-cluster-2 –region=asia-east1 –release-channel=regular
執行完後，你會看到它在建立過程的相關訊息，包含 Cluster 名稱、版本、Cluster IP、機器類型、節點數量等等：
使用 gcloud 和 kubectl 指令操作 GKE Cluster
我們回到建立好的 autopilot-cluster-1，我們可以用指令來查看它的相關資訊 (autopilot-cluster-2 如果沒用到可以先刪除)：
取得 Cluster 憑證以便使用 kubectl 工具
gcloud container clusters get-credentials autopilot-cluster-1 –region=asia-east1
這個指令的作用就像是取得鑰匙，告訴 kubectl 叢集在哪裡，並且提供身分驗證資訊，來證明你有權限管理這個 Cluster 的憑證，然後把連線的設定儲存在本機電腦的 ~/.kube/config 檔案。
檢查叢集狀態
kubectl cluster-info
查看節點資訊
kubectl get nodes
檢查系統 Pod 狀態
kubectl get pods –all-namespaces
到這裡你可能會覺得奇怪，為什麼指令分成 gcloud 和 kubectl？
gcloud 是 Google Cloud 的管理工具，負責管理 Google Cloud 上的資源，包含建立或刪除 GKE 叢集、管理帳單、權限、API 啟用。
而 kubectl 是 Kubernetes 用來管理 Cluster 內部的應用程式。能夠部署應用程式到 Cluster、查看 Pod、Service 的狀態、管理設定檔和執行日常維護工作。
而且每次下達 kubectl 指令，並不會用參數指定要操作的 Cluster，當你專案內有多個 Cluster 的時候，它不會知道你要對誰操作，所以才必須要 get-credentials 這個指令，才能操作到正確的 Cluster，當然你也可以再執行一次 get-credentials，切換到另外一個 Cluster，再去執行管理動作。
部署應用程式到 GKE Cluster
使用 GKE Deployment 物件部署容器映像檔到 Pod
Cluster 建立完成，現在來部署應用程式到 Cluser，我們點擊「佈署」（雖然我覺得是「部署」）：
這裡設定的部署作業就像上面提到的 deployment 物件，我們可以在這裡指定跟上個單元相同的容器映像檔，再按「下一步：公開（選用）」：
部署 GKE Service 物件 （Network Load Balancer）
做到這裡可以讓 Pod 部署完成，但是要注意這個設定還不會讓 Pod 直接對外，你必須在勾選「以新 Service 的形式公開 Deployment」 。
在這裡要注意，我們當初在建立容器映像檔的時候，我們讓容器本身對外開放 Port 8080，上面的 80 是指負載平衡器對外的 Port，但是當流量進來之後，要指定 8080 才能存取到容器上的網頁喔。
在服務類型保持預設的「負載平衡器」，它就會直接在 Google Cloud 上建立負載平衡器。 然後我們再按下建立。
接下來再等待幾分鐘會看到這個 Deployment 已經部署完成了，視窗可以再往下滑：
我們往下看到各種物件產生，包含一個 Deployment 物件，和三個 Pod 物件，都是在正常運作的狀態：
你可以再打開 Cloud Shell，下達各種相關的查詢指令 (記得要先 get-credentials) 喔！
查看目前部署的 Deployment
kubectl get deployments
查看目前部署的 Pod
kubectl get pods
查看目前部署的 Service
kubectl get services
你會看到它有產生一個外部 IP，是對外開放存取的。
你可以打開瀏覽器輸入 https://[IP位址]，或是直接在 Web Console 上面點擊會看到網頁秀出來，不過在這裡要稍微等待一下，因為我們現在使用的是 Autopilot 模式，是連 Node 都還沒建立的情況，所以現在要先等它建立 Node，再部署 Deployment、Pod 和 Service。
過幾分鐘之後，我們看到它部署完成，也看到網頁出現了！
另外我們也可以在負載平衡器頁面看到一個負載平衡器：
要注意它是 TCP 負載平衡器，它工作在網路的第 4 層（傳輸層），只能根據 IP 位址和 Port 來分配流量。無法根據 URL 路徑進行導向 (例如 /api 或 /admin)，也無法根據網域名稱進行路由。
如果我們想要更聰明的流量路由功能，就需要使用 Application Load Balancer (ALB)。ALB 工作在第 7 層（應用層），能夠處理 HTTP/HTTPS 通訊協定的內容，提供更豐富的路由功能。
但目前在 Google Cloud 的 Console 上沒有辦法直接建立 ALB，必須要使用指令和設定檔的方式，來建立 Ingress 物件。
部署 GKE Ingress 物件 (Application Load Balancer)
不過！現在要先刪除原有的 deployment-1-service (Load Balancer)，以免後續物件在建立時，會有衝突喔！
刪除之後，我們再建立 2 個物件：
第一個物件：ClusterIP 類型的 Service
ClusterIP Service 是 Kubernetes 中最基本的 Service 類型，它只在 Cluster 內部提供一個穩定的 IP 位址和 DNS 名稱。雖然 ClusterIP Service 無法從 Cluster 外部直接訪問，但它為 Cluster 內部的通訊提供了完美的抽象層。
你可以把 ClusterIP Service 想像成公司內部的分機號碼系統。員工可以通過分機號碼找到彼此，但外部的人無法直接撥打分機號碼。
我們現在 Cloud Shell 的環境準備好一個設定檔 cluster-ip-service.yaml，內容如下：
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: deployment-1-service
labels:
app: deployment-1
spec:
type: ClusterIP
selector:
app: deployment-1
app.kubernetes.io/managed-by: cloud-console
ports:
- port: 80
targetPort: 8080
protocol: TCP
接著來執行這個指令：
kubectl apply -f cluster-ip-service.yaml
這裡說明一下指令和參數：
kubectl apply
這是 Kubernetes 的宣告式管理指令。它的意思是：「讓 Cluster 的實際狀態符合這個檔案中描述的期望狀態」。如果資源不存在，它會建立；如果已存在但設定有任何不同，它會更新。
-f 參數
代表 “file”，告訴 kubectl 從檔案中讀取設定。你也可以使用 -f 指定多個檔案，或是指定包含多個 YAML 檔的目錄。
YAML（YAML Ain’t Markup Language）
這是是一種人類易讀的資料序列化格式。在 Kubernetes 中，我們使用 YAML 檔來描述我們想要的資源狀態。
在 Kubernetes 的術語中，這些 YAML 檔被稱為 Manifest（資訊清單）。Manifest 是一份宣告式的文件，描述了 Kubernetes 資源的期望狀態。它不是告訴 Kubernetes「如何做」，而是告訴它「我想要什麼結果」，有點像在許願的感覺，而且它會使命必達的實現你的願望。
PS. 我以前不懂 Manifest 到底是什麼，但自從看了國外的吸引力法則或顯化法則，才知道 Manifest 就是顯化的意思，把你想要的現實呈現出來。
第二個物件：Ingress
Ingress 是真正負責處理外部流量並提供 ALB 功能的物件，它就像是建築物的智慧接待處，能夠根據 URL 路徑決定要導向哪個服務，也能根據網域名進行路由，把流量帶向目的服務。（感覺跟 Load Balancer 一模一樣）
設定檔 ingress-1.yaml 的內容如下：
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
name: ingress-1
namespace: default
annotations:
kubernetes.io/ingress.class: "gce"
spec:
rules:
- http:
paths:
- path: /
pathType: Prefix
backend:
service:
name: deployment-1-service
port:
number: 80
接著來執行這個指令：
kubectl apply -f ingress-1.yaml
你會看到它有一個警告訊息「 Warning: annotation “kubernetes.io/ingress.class” is deprecated, please use ‘spec.ingressClassName’ instead」，是因為 Kubernetes 本身推薦使用新的 spec.ingressClassName，但 GKE 的官方文件卻說要用舊的註解方式。
在這裡以 GKE 的官方文件為主，不用理會該訊息。
接下來需要等待至少 5~10 分鐘的時間，如果設定正確，就能夠在 Ingress 的地方看到一個前端的 IP，點擊之後就能看到網頁。
也能在負載平衡頁面看到 ALB，代表它能夠處理 HTTP/HTTPS 通訊協定的內容，提供更豐富的路由功能。
恭喜你也把 GKE 的基本服務建立完成了，接下來還是要記得刪除相關服務喔！
逐步刪除 GKE 物件
下 kubectl 指令刪除 GKE 物件
你可以按照以下的順序刪除：
查詢 Ingress 名稱
kubectl get ingress
刪除 Ingress (執行後要等 3~5 分鐘刪除完畢)
kubectl delete ingress-1
查詢 Service 名稱
kubectl get service
刪除 Service (名稱為 kubernetes 的 Service 不用刪除)
kubectl delete service deployment-1-service
查詢 Deployment 名稱
kubectl get deployment
刪除 Deployment
kubectl delete deployment deployment-1
直接刪除整個 GKE Cluster
再用這個指令刪除整個 Cluster，其實你也可以跳過前面刪除物件的步驟，直接刪除 Cluster：
gcloud container clusters delete autopilot-cluster-1 –region asia-east1
或是更簡單的方法，直接在 Web Console 上刪除整個 Cluster， Cluster 裡所有物件也都會跟著被刪除掉。
最後要跟各位提醒，Kubernetes 本身是一個博大精深的領域，本文礙於篇幅只能介紹到這裡，如果需要深入鑽研，建議各位再去尋找專門的書籍或文件來看。而且 Kubernetes 本身不斷在更新，GKE 也持續更新，所以現在看到可以運作的樣子，也許過不久後又會改變，所以還請大家持續追蹤 GCP 官方文件喔！
影片版教學如下：