GSP919

Übersicht

Cloud SQL ist ein vollständig verwalteter relationaler Datenbankdienst für MySQL, PostgreSQL und Microsoft SQL Server. Er bietet viele Dienste für gängige Verwaltungsaufgaben wie Sicherungen, Replikation und Logging. Sie können Ihre Anwendungen ganz einfach mit einer Cloud SQL-Instanz verbinden, um diese hilfreichen Dienste zu nutzen.

Im Rahmen dieses Labs erstellen Sie zuerst einen Kubernetes-Cluster und stellen eine einfache Anwendung in diesem Cluster bereit. Anschließend verbinden Sie diese mit einer bereitgestellten Cloud SQL for PostgreSQL-Instanz und prüfen, ob sie Daten in die Instanz schreiben und aus ihr lesen kann.

Aufgaben

• Kubernetes-Cluster erstellen und eine einfache Anwendung in diesem Cluster bereitstellen
• Anwendung mit der bereitgestellten Cloud SQL for PostgreSQL-Datenbankinstanz verbinden
• Prüfen, ob die Anwendung in die Datenbank schreiben und daraus lesen kann

Einrichtung und Anforderungen

Vor dem Klick auf „Start Lab“ (Lab starten)

Lesen Sie diese Anleitung. Labs sind zeitlich begrenzt und können nicht pausiert werden. Der Timer beginnt zu laufen, wenn Sie auf Lab starten klicken, und zeigt Ihnen, wie lange Google Cloud-Ressourcen für das Lab verfügbar sind.

In diesem praxisorientierten Lab können Sie die Lab-Aktivitäten in einer echten Cloud-Umgebung durchführen – nicht in einer Simulations- oder Demo-Umgebung. Dazu erhalten Sie neue, temporäre Anmeldedaten, mit denen Sie für die Dauer des Labs auf Google Cloud zugreifen können.

Für dieses Lab benötigen Sie Folgendes:

• Einen Standardbrowser (empfohlen wird Chrome)

Hinweis: Nutzen Sie den privaten oder Inkognitomodus (empfohlen), um dieses Lab durchzuführen. So wird verhindert, dass es zu Konflikten zwischen Ihrem persönlichen Konto und dem Teilnehmerkonto kommt und zusätzliche Gebühren für Ihr persönliches Konto erhoben werden.

• Zeit für die Durchführung des Labs – denken Sie daran, dass Sie ein begonnenes Lab nicht unterbrechen können.

Hinweis: Verwenden Sie für dieses Lab nur das Teilnehmerkonto. Wenn Sie ein anderes Google Cloud-Konto verwenden, fallen dafür möglicherweise Kosten an.

Lab starten und bei der Google Cloud Console anmelden

1. Klicken Sie auf Lab starten. Wenn Sie für das Lab bezahlen müssen, wird ein Dialogfeld geöffnet, in dem Sie Ihre Zahlungsmethode auswählen können. Auf der linken Seite befindet sich der Bereich „Details zum Lab“ mit diesen Informationen:

   • Schaltfläche „Google Cloud Console öffnen“
   • Restzeit
   • Temporäre Anmeldedaten für das Lab
   • Ggf. weitere Informationen für dieses Lab

2. Klicken Sie auf Google Cloud Console öffnen (oder klicken Sie mit der rechten Maustaste und wählen Sie Link in Inkognitofenster öffnen aus, wenn Sie Chrome verwenden).

   Im Lab werden Ressourcen aktiviert. Anschließend wird ein weiterer Tab mit der Seite „Anmelden“ geöffnet.

   Tipp: Ordnen Sie die Tabs nebeneinander in separaten Fenstern an.

   Hinweis: Wird das Dialogfeld Konto auswählen angezeigt, klicken Sie auf Anderes Konto verwenden.

3. Kopieren Sie bei Bedarf den folgenden Nutzernamen und fügen Sie ihn in das Dialogfeld Anmelden ein.

   {{{user_0.username | "Username"}}}

   Sie finden den Nutzernamen auch im Bereich „Details zum Lab“.

4. Klicken Sie auf Weiter.

5. Kopieren Sie das folgende Passwort und fügen Sie es in das Dialogfeld Willkommen ein.

   {{{user_0.password | "Password"}}}

   Sie finden das Passwort auch im Bereich „Details zum Lab“.

6. Klicken Sie auf Weiter.

   Wichtig: Sie müssen die für das Lab bereitgestellten Anmeldedaten verwenden. Nutzen Sie nicht die Anmeldedaten Ihres Google Cloud-Kontos. Hinweis: Wenn Sie Ihr eigenes Google Cloud-Konto für dieses Lab nutzen, können zusätzliche Kosten anfallen.

7. Klicken Sie sich durch die nachfolgenden Seiten:

   • Akzeptieren Sie die Nutzungsbedingungen.
   • Fügen Sie keine Wiederherstellungsoptionen oder Zwei-Faktor-Authentifizierung hinzu (da dies nur ein temporäres Konto ist).
   • Melden Sie sich nicht für kostenlose Testversionen an.

Nach wenigen Augenblicken wird die Google Cloud Console in diesem Tab geöffnet.

Hinweis: Wenn Sie auf Google Cloud-Produkte und ‑Dienste zugreifen möchten, klicken Sie auf das Navigationsmenü oder geben Sie den Namen des Produkts oder Dienstes in das Feld Suchen ein.

Cloud Shell aktivieren

Cloud Shell ist eine virtuelle Maschine, auf der Entwicklertools installiert sind. Sie bietet ein Basisverzeichnis mit 5 GB nichtflüchtigem Speicher und läuft auf Google Cloud. Mit Cloud Shell erhalten Sie Befehlszeilenzugriff auf Ihre Google Cloud-Ressourcen.

1. Klicken Sie oben in der Google Cloud Console auf Cloud Shell aktivieren .

2. Klicken Sie sich durch die folgenden Fenster:

   • Fahren Sie mit dem Informationsfenster zu Cloud Shell fort.
   • Autorisieren Sie Cloud Shell, Ihre Anmeldedaten für Google Cloud API-Aufrufe zu verwenden.

Wenn eine Verbindung besteht, sind Sie bereits authentifiziert und das Projekt ist auf Project_ID, eingestellt. Die Ausgabe enthält eine Zeile, in der die Project_ID für diese Sitzung angegeben ist:

Ihr Cloud-Projekt in dieser Sitzung ist festgelegt als {{{project_0.project_id | "PROJECT_ID"}}}

gcloud ist das Befehlszeilentool für Google Cloud. Das Tool ist in Cloud Shell vorinstalliert und unterstützt die Tab-Vervollständigung.

3. (Optional) Sie können den aktiven Kontonamen mit diesem Befehl auflisten:

gcloud auth list

4. Klicken Sie auf Autorisieren.

Ausgabe:

ACTIVE: * ACCOUNT: {{{user_0.username | "ACCOUNT"}}} Um das aktive Konto festzulegen, führen Sie diesen Befehl aus: $ gcloud config set account `ACCOUNT`

5. (Optional) Sie können die Projekt-ID mit diesem Befehl auflisten:

gcloud config list project

Ausgabe:

[core] project = {{{project_0.project_id | "PROJECT_ID"}}} Hinweis: Die vollständige Dokumentation für gcloud finden Sie in Google Cloud in der Übersicht zur gcloud CLI.

Region und Zone einrichten

Bestimmte Compute Engine-Ressourcen befinden sich in Regionen und Zonen. Eine Region ist ein bestimmter Ort, an dem Sie Ihre Ressourcen ausführen können. Jede Region hat eine oder mehrere Zonen.

Führen Sie die folgenden gcloud-Befehle in Cloud Shell aus, um die Standardregion und ‑zone für Ihr Lab festzulegen:

gcloud config set compute/zone "{{{project_0.default_zone|ZONE}}}" export ZONE=$(gcloud config get compute/zone) gcloud config set compute/region "{{{project_0.default_region|REGION}}}" export REGION=$(gcloud config get compute/region)

Aufgabe 1: APIs initialisieren und ein Cloud IAM-Dienstkonto erstellen

Zum Ausführen dieser Aufgabe müssen Sie die APIs initialisieren und ein IAM-Dienstkonto erstellen, mit dem Ihre Anwendung eine Verbindung zur Cloud SQL-Datenbank herstellen kann.

APIs aktivieren

Aktivieren Sie die erforderlichen APIs für dieses Lab. In einer späteren Aufgabe erstellen Sie einen Container und übertragen ihn per Push in Artifact Registry. Daher muss zuerst die Artifact Registry API aktiviert werden.

1. Führen Sie in der Cloud Shell den folgenden Befehl aus, um die Artifact Registry API zu aktivieren:

gcloud services enable artifactregistry.googleapis.com

Dienstkonto für Cloud SQL erstellen

Für das IAM-Dienstkonto für die Anwendung, die Sie später bereitstellen, müssen Anmeldedaten konfiguriert werden. Das Dienstkonto muss an eine Rolle gebunden sein, die es ihm ermöglicht, Cloud SQL-Datenbanken zu erstellen und darauf zuzugreifen.

1. Erstellen Sie in der Cloud Shell ein Dienstkonto und binden Sie es an die Rolle „Cloud SQL Admin“ im Lab-Projekt:

export PROJECT_ID=$(gcloud config list --format 'value(core.project)') export CLOUDSQL_SERVICE_ACCOUNT=cloudsql-service-account gcloud iam service-accounts create $CLOUDSQL_SERVICE_ACCOUNT --project=$PROJECT_ID gcloud projects add-iam-policy-binding $PROJECT_ID \ --member="serviceAccount:$CLOUDSQL_SERVICE_ACCOUNT@$PROJECT_ID.iam.gserviceaccount.com" \ --role="roles/cloudsql.admin"

2. Erstellen Sie in der Cloud Shell Schlüssel und exportieren Sie sie in eine lokale Datei:

gcloud iam service-accounts keys create $CLOUDSQL_SERVICE_ACCOUNT.json \ --iam-account=$CLOUDSQL_SERVICE_ACCOUNT@$PROJECT_ID.iam.gserviceaccount.com \ --project=$PROJECT_ID

Die Datei wird in Ihrem Basisordner in der Cloud Shell gespeichert.

Klicken Sie auf Fortschritt prüfen. IAM-Dienstkonto für Cloud SQL erstellen.

Aufgabe 2: Schlanke GKE-Anwendung bereitstellen

Im Rahmen dieser Aufgabe erstellen Sie einen Kubernetes-Cluster und stellen eine schlanke Google Kubernetes Engine-Anwendung (GKE) in diesem Cluster bereit. Sie konfigurieren die Anwendung so, dass sie Zugriff auf die bereitgestellte Cloud SQL-Instanz hat.

Die bereitgestellte Anwendung ist eine einfache Flask-SQLAlchemy-Webanwendung namens gMemegen. Sie erstellt Memes, indem sie eine Reihe von Fotos bereitstellt und Kopf- und Fußzeilentext erfasst, in der Datenbank speichert und das Meme in einem lokalen Ordner rendert. Sie wird in einem einzelnen Pod mit zwei Containern ausgeführt: einem für die Anwendung und einem für den Cloud SQL Auth-Proxy, der als Sidecar bereitgestellt wird.

Ein Load Balancer leitet Anfragen zwischen der Anwendung und der Datenbank über den Sidecar-Container weiter. Dieser Load Balancer macht eine externe IP-Adresse für eingehenden Traffic verfügbar, über die Sie in Ihrem Browser auf die Anwendung zugreifen.

Kubernetes-Cluster erstellen

In diesem Schritt erstellen Sie einen minimalen Kubernetes-Cluster. Die Bereitstellung kann einige Minuten dauern.

1. Mit diesem Code erstellen Sie in der Cloud Shell einen minimalen Kubernetes-Cluster:

ZONE={{{project_0.default_zone|ZONE}}} gcloud container clusters create postgres-cluster \ --zone=$ZONE --num-nodes=2

Kubernetes-Secrets für den Datenbankzugriff erstellen

Jetzt erstellen Sie ein Paar Kubernetes-Secrets mit den Anmeldedaten, die für die Verbindung zur Cloud SQL-Instanz und ‑Datenbank erforderlich sind.

1. Führen Sie in der Cloud Shell die folgenden Befehle aus, um die Secrets zu erstellen:

kubectl create secret generic cloudsql-instance-credentials \ --from-file=credentials.json=$CLOUDSQL_SERVICE_ACCOUNT.json kubectl create secret generic cloudsql-db-credentials \ --from-literal=username=postgres \ --from-literal=password=supersecret! \ --from-literal=dbname=gmemegen_db

GKE-Anwendungscontainer herunterladen und erstellen

Bevor Sie die Anwendung „gMemegen“ in Ihrem GKE-Cluster bereitstellen können, müssen Sie den Container erstellen und in ein Repository übertragen.

1. Laden Sie in der Cloud Shell den bereitgestellten Anwendungscode herunter und wechseln Sie in das Anwendungsverzeichnis:

gsutil -m cp -r gs://spls/gsp919/gmemegen . cd gmemegen

2. Erstellen Sie Umgebungsvariablen für die Region, die Projekt-ID und das Artifact Registry-Repository:

export REGION={{{ project_0.default_region | "REGION" }}} export PROJECT_ID=$(gcloud config list --format 'value(core.project)') export REPO=gmemegen

3. Konfigurieren Sie die Docker-Authentifizierung für Artifact Registry:

gcloud auth configure-docker ${REGION}-docker.pkg.dev

• Geben Sie Y ein, wenn Sie zur Bestätigung aufgefordert werden.

4. Erstellen Sie das Artifact Registry-Repository:

gcloud artifacts repositories create $REPO \ --repository-format=docker --location=$REGION

5. Erstellen Sie ein lokales Docker-Image:

docker build -t ${REGION}-docker.pkg.dev/${PROJECT_ID}/gmemegen/gmemegen-app:v1 .

Für dieses Lab können Sie die Warnung zum Ausführen von „pip“ als „root“-Nutzer ignorieren. Im Allgemeinen ist es jedoch am besten, insbesondere wenn Sie auf Ihrem lokalen Computer arbeiten, eine virtuelle Umgebung zu verwenden.

6. Übertragen Sie das Image per Push in Artifact Registry:

docker push ${REGION}-docker.pkg.dev/${PROJECT_ID}/gmemegen/gmemegen-app:v1

GKE-Anwendung konfigurieren und bereitstellen

Sie müssen das Kubernetes-Deployment-Manifest für die Anwendung „gMemegen“ so ändern, dass es auf den richtigen Container verweist, und den Cloud SQL Auth-Proxy-Sidecar mit dem Verbindungsstring für die Cloud SQL PostgreSQL-Instanz konfigurieren.

In der Anleitung wird beschrieben, wie Sie die Datei mit dem Cloud Shell-Editor bearbeiten. Sie können für diese Schritte aber auch einen anderen Editor wie vi oder nano in der Cloud Shell verwenden.

1. Klicken Sie in der Cloud Shell-Menüleiste auf Editor öffnen, um den Cloud Shell-Editor zu öffnen.

2. Rufen Sie den Explorer-Bereich auf der linken Seite auf, maximieren Sie den Ordner gmemegen und wählen Sie dann gmemegen_deployment.yaml aus, um die Datei zu bearbeiten.

3. Ersetzen Sie in Zeile 33 im Attribut image den Platzhalter ${REGION} durch und ${PROJECT_ID} durch . Die Zeile sollte jetzt so aussehen:

image: {{{ project_0.default_region | "REGION" }}}-docker.pkg.dev/{{{ project_0.project_id | "Project ID" }}}/gmemegen/gmemegen-app:v1

4. Ersetzen Sie in Zeile 60 ${REGION} durch und ${PROJECT_ID} durch . Die Zeile sollte jetzt so aussehen:

-instances={{{ project_0.project_id | "Project ID" }}}:{{{ project_0.default_region | "REGION" }}}:postgres-gmemegen=tcp:5432

So können Sie prüfen, ob der Verbindungsname korrekt ist: Klicken Sie in der Cloud Console auf Datenbanken > SQL, wählen Sie die Instanz postgres-gmemegen aus und vergleichen Sie sie mit dem Verbindungsnamen im Bereich Übersicht. Ein gültiger Verbindungsname hat das Format PROJECT_ID:REGION:CLOUD_SQL_INSTANCE_ID.

5. Speichern Sie Ihre Änderungen, indem Sie im Cloud Shell-Editormenü Datei > Speichern auswählen.

6. Klicken Sie in der Cloud Console auf Terminal öffnen, um die Cloud Shell wieder zu öffnen. Möglicherweise müssen Sie die Größe des Terminalfensters ändern, indem Sie den Ziehpunkt oben in der Mitte der Menüleiste nach unten ziehen, damit das Cloud Console-Fenster darüber angezeigt wird.

7. Führen Sie den folgenden Befehl in der Cloud Shell aus, um die Anwendung bereitzustellen:

kubectl create -f gmemegen_deployment.yaml

8. Überprüfen Sie in Cloud Shell, ob die Bereitstellung erfolgreich war, indem Sie den folgenden Befehl ausführen:

kubectl get pods

Es kann etwa eine Minute dauern, bis die Pods gestartet werden, da sie das Image aus dem Repository abrufen müssen. Wiederholen Sie den obigen Befehl, bis ein Pod mit zwei Containern und dem Status Running angezeigt wird.

Klicken Sie auf Fortschritt prüfen. Schlanke GKE-Anwendung bereitstellen.

Aufgabe 3: GKE-Anwendung mit einem externen Load Balancer verbinden

Im Rahmen dieser Aufgabe erstellen Sie einen Load Balancer, um Anfragen zwischen den Containern in Ihren GKE-Pods weiterzuleiten und über die externe IP-Adresse der Anwendung im Browser auf diese zuzugreifen.

Load Balancer erstellen, um Ihre GKE-Anwendung über das Web zugänglich zu machen

Sie erstellen einen Kubernetes-Load-Balancer-Dienst, der Ihrer Anwendung eine öffentliche IP-Adresse zuweist.

1. Führen Sie in der Cloud Shell den folgenden Befehl aus, um einen Load Balancer für die Anwendung zu erstellen:

kubectl expose deployment gmemegen \ --type "LoadBalancer" \ --port 80 --target-port 8080

Anwendung testen, um Daten zu generieren

Jetzt greifen Sie über den Webbrowser auf die Anwendung „gMemegen“ zu.

Die Anwendung hat eine sehr einfache Benutzeroberfläche. Sie wird mit der Startseite geöffnet, auf der sechs Bilder für das Erstellen von Memes zu sehen sind. Sie können ein Bild auswählen, indem Sie darauf klicken.

Die Seite Create Meme (Meme erstellen) wird angezeigt. Hier geben Sie zwei Textzeilen ein, die oben und unten auf dem Bild angezeigt werden sollen. Wenn Sie auf Submit (Senden) klicken, wird das Meme gerendert und angezeigt. Die Oberfläche bietet keine weitere Navigationsmöglichkeit von der Seite mit dem fertigen Meme aus. Sie müssen im Browser auf den Button „Zurück“ klicken, um zur Startseite zurückzukehren.

Es gibt zwei weitere Seiten: Recent (Zuletzt) und Random (Zufällig). Dort werden eine Reihe von zuletzt generierten Memes beziehungsweise ein zufälliges Meme angezeigt. Durch das Erstellen von Memes und die Navigation in der Benutzeroberfläche werden Datenbankaktivitäten generiert, die Sie wie unten beschrieben in den Logs ansehen können.

Warten Sie, bis der Load Balancer eine externe IP-Adresse bereitstellt, die Sie so abrufen können:

1. Kopieren Sie in der Cloud Shell das Attribut für die externe IP-Adresse des LoadBalancer Ingress aus der Ausgabe von:

kubectl describe service gmemegen

Ausgabe:

Name: gmemegen Namespace: default Labels: app=gmemegen Annotations: Selector: app=gmemegen Type: LoadBalancer IP Families: IP: 10.3.240.201 IPs: 10.3.240.201 LoadBalancer Ingress: 34.67.122.203 Port: 80/TCP TargetPort: 8080/TCP NodePort: 31837/TCP Endpoints: 10.0.0.7:8080 Session Affinity: None External Traffic Policy: Cluster Events: Type Reason Age From Message ---- ------ ---- ---- ------- Normal EnsuringLoadBalancer 85s service-controller Ensuring load balancer Normal EnsuredLoadBalancer 36s service-controller Ensured load balancer

Es dauert etwa eine Minute, bis das Attribut LoadBalancer Ingress in der obigen Ausgabe enthalten ist. Wiederholen Sie den Befehl, bis es angezeigt wird, bevor Sie mit dem nächsten Schritt fortfahren.

2. Rufen Sie in einem Browser die IP-Adresse des Load Balancers für eingehenden Traffic auf.

Mit den folgenden Befehlen können Sie in der Cloud Shell einen anklickbaren Link zur externen IP-Adresse des Load Balancers erstellen:

export LOAD_BALANCER_IP=$(kubectl get svc gmemegen \ -o=jsonpath='{.status.loadBalancer.ingress[0].ip}' -n default) echo gMemegen Load Balancer Ingress IP: http://$LOAD_BALANCER_IP

4. Klicken Sie in der Cloud Shell auf den Link. Die Anwendung „gMemegen“ wird in einem neuen Tab im Browser ausgeführt.

5. So erstellen Sie ein Meme:

   • Klicken Sie auf der Startseite auf eines der angezeigten Bilder.
   • Geben Sie Text in die Textfelder oben und unten ein.
   • Klicken Sie auf Senden.

Ihr neues Meme wird angezeigt.

6. Wenn Sie weitere Memes erstellen möchten, kehren Sie über den Button „Zurück“ des Browsers zur Startseite zurück.

7. Wenn Sie vorhandene Memes aufrufen möchten, klicken Sie im Menü der Anwendung auf Recent (Zuletzt) oder Random (Zufällig). Wenn Sie auf Random klicken, wird ein neuer Browsertab geöffnet.

8. Rufen Sie in der Cloud Shell die Aktivität der Anwendung auf, indem Sie den folgenden Befehl ausführen:

POD_NAME=$(kubectl get pods --output=json | jq -r ".items[0].metadata.name") kubectl logs $POD_NAME gmemegen | grep "INFO"

Damit werden die Logs des Containers gmemegen abgefragt und die Aktivität der Anwendung im Pod wird angezeigt, einschließlich der SQL-Anweisungen, die bei der Ausführung in „stderr“ protokolliert werden.

Klicken Sie auf Fortschritt prüfen. GKE-Anwendung mit einem externen Load Balancer verbinden.

Aufgabe 4: Vollständigen Lese-/Schreibzugriff der Anwendung auf die Datenbank prüfen

Im Rahmen dieser Aufgabe prüfen Sie, ob die Anwendung in die Datenbank schreiben und daraus lesen kann.

Verbindung zur Datenbank herstellen und eine Anwendungstabelle abfragen

Sie stellen eine Verbindung zur Cloud SQL-Instanz her, indem Sie PL/SQL in der Cloud Shell ausführen.

1. Klicken Sie in der Google Cloud Console auf Datenbanken > SQL und wählen Sie die Instanz postgres-gmemegen aus.

2. Scrollen Sie im Bereich Übersicht nach unten zu Mit dieser Instanz verbinden und klicken Sie auf Cloud Shell öffnen.

3. Führen Sie den automatisch eingefügten Befehl in der Cloud Shell aus.

4. Wenn Sie dazu aufgefordert werden, geben Sie das Passwort supersecret! ein.

5. Geben Sie bei der Eingabeaufforderung postgres=> den folgenden Befehl ein, um die Datenbank „gmemegen_db“ auszuwählen:

\c gmemegen_db

6. Wenn Sie dazu aufgefordert werden, geben Sie das Passwort supersecret! ein.

7. Geben Sie bei der Eingabeaufforderung gmemegen_db=> Folgendes ein:

select * from meme;

Daraufhin wird für jedes Meme, das Sie über die Anwendung „gMemegen“ erstellt haben, eine Zeile angezeigt.

Klicken Sie auf Fortschritt prüfen. Vollständigen Lese-/Schreibzugriff der Anwendung auf die Datenbank prüfen.

Das wars!

In diesem Lab haben Sie eine Anwendung für den Zugriff auf eine Cloud SQL for PostgreSQL-Datenbank konfiguriert. Sie haben einen Kubernetes-Cluster erstellt und eine einfache Anwendung zum Generieren von Memes in diesem Cluster bereitgestellt. Außerdem haben Sie die Anwendung mit der bereitgestellten Cloud SQL for PostgreSQL-Datenbankinstanz verbunden und geprüft, ob sie Daten in die Datenbank schreiben und daraus lesen kann.

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Anleitung zuletzt am 28. Februar 2025 aktualisiert

Lab zuletzt am 28. Februar 2025 getestet

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