ایجاد و نصب برنامه وب پایتون

نحوه کانتینرایز کردن برنامه‌های وب پایتون
یاد بگیرید که برنامه‌های وب پایتون را با استفاده از چارچوب‌هایی مانند Flask، Django، FastAPI، Pyramid و Tornado برای استقرارهای مداوم، کانتینرایز کنید.

 

مقدمه

کانتینریزه کردن برنامه‌های وب پایتون، ساختار برنامه و وابستگی‌های آن را در یک بسته واحد کپسوله می‌کند تا از استقرارهای سازگار و قابل تکرار در محیط‌های مختلف اطمینان حاصل شود. استقرار برنامه‌های وب پایتون کانتینریزه شده، یک رویکرد اساسی برای توسعه نرم‌افزار مدرن است که شامل مقیاس‌بندی و اتوماسیون هنگام استقرار در پلتفرم‌هایی مانند Kubernetes می‌شود.

شما می‌توانید برنامه‌های پایتون را با استفاده از چارچوب‌های توسعه مختلف بسازید. هر پلتفرم ممکن است به رویکردی کمی متفاوت برای کانتینر کردن و ارسال تصویر برنامه نیاز داشته باشد. چارچوب‌های محبوب پایتون عبارتند از:

• Flask : یک چارچوب وب سبک و انعطاف‌پذیر که ابزارهای ضروری برای ساخت برنامه‌های وب را فراهم می‌کند. این چارچوب مینیمالیستی است و ابزارهای مستقیمی ارائه می‌دهد که به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد کتابخانه‌ها را بر اساس نیازهای خاص پروژه اضافه کنند.


• جنگو : یک چارچوب وب فول‌استک سطح بالا که مجموعه‌ای کامل از ابزارها و کتابخانه‌ها را برای ساخت برنامه‌های وب قوی فراهم می‌کند.


• FastAPI : یک چارچوب وب مدرن و با کارایی بالا برای ساخت APIها با پایتون. این چارچوب از type hints برای فعال کردن مستندسازی API تعاملی خودکار (با استفاده از Swagger UI) استفاده می‌کند و با استفاده از سیستم نوع پایتون، کارایی بالایی را ارائه می‌دهد.


• Pyramid : یک چارچوب انعطاف‌پذیر و مقیاس‌پذیر که به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد اجزای مورد نیاز برای برنامه‌های خود را انتخاب کنند.


• Tornado : یک کتابخانه شبکه ناهمزمان و چارچوب وب که در درجه اول به دلیل عملکرد بالا و توانایی مدیریت بسیاری از اتصالات همزمان شناخته شده است.

این مقاله نحوه کانتینرایز کردن برنامه‌های وب پایتون برای استقرار در محیط‌های عملیاتی مانند کلاسترهای Kubernetes را توضیح می‌دهد.

پیش‌ نیازها

قبل از شروع:

• یک کلاستر Kubernetes Engine (VKE) را برای استفاده به عنوان پلتفرم استقرار در محیط عملیاتی، مستقر کنید.


• برای ذخیره تصویر برنامه پایتون، یک رجیستری کانتینر ایجاد کنید.


• یک داکر برای استفاده به عنوان ایستگاه کاری مدیریت نصب کنید.


• با استفاده از SSH به عنوان یک کاربر غیر ریشه با امتیازات sudo به ایستگاه کاری دسترسی پیدا کنید .


• Kubectl را برای دسترسی به کلاستر نصب و پیکربندی کنید .


• برای نصب برنامه‌های خوشه‌ای اضافی، ابزار Helm CLI را نصب کنید.
  
  consoleکپی
  
  
  $ sudo snap install helm --classic
  
  
  
  

ایجاد یک برنامه وب پایتون

برای ایجاد یک تصویر ثابت از برنامه وب پایتون که بتوانید با چارچوب‌های مختلفی مانند Flask یا Django از آن استفاده کنید، کد خود را طوری ساختار دهید که منطق رابط کاربری HTTP سرور frontend از منطق اصلی برنامه جدا باشد. مراحل زیر را برای ایجاد یک برنامه پایه پایتون با استفاده app.pyاز فایل اصلی برنامه و استفاده از یک server.pyفایل برای گنجاندن منطق اولیه HTTP سرور دنبال کنید.

1. محیط مجازی پایتون و مدیر بسته PIP را نصب کنید.
   
   کنسولکپی
   
   
   $ sudo apt install python3-venv python3-pip -y
   
   
   
   


2. یک دایرکتوری پروژه جدید برای ذخیره فایل‌های برنامه ایجاد کنید.
   
   کنسولکپی
   
   
   $ mkdir python-app
   
   
   
   


3. به دایرکتوری تغییر دهید.
   
   کنسولکپی
   
   
   $ cd python-app
   
   
   
   


4. یک محیط مجازی پایتون جدید ایجاد کنید تا وابستگی‌های برنامه را از سایر بسته‌های سیستم جدا کنید.
   
   کنسولکپی
   
   
   $ python3 -m venv python-env
   
   
   
   


5. محیط مجازی را فعال کنید.
   
   کنسولکپی
   
   
   $ source python-env/bin/activate
   
   
   
   


6. فایل اصلی برنامه را app.pyبا استفاده از یک ویرایشگر متن مانند Nano ایجاد کنید.
   
   کنسولکپی
   
   
   (python-env)$ nano app.py
   
   
   
   


7. کد زیر را به فایل اضافه کنید.
   
   pythonکپی
   
   
   def hello_world():
   print("Hello, World!")
   
   if __name__ == "__main__":
   hello_world()
   
   
   
   

   فایل را ذخیره کنید و ببندید.

   
   

   کد بالا یک برنامه وب پایتون پایه ایجاد می‌کند که یک Hello, World!اعلان نمایش می‌دهد. درون برنامه:

   
   
   
   
   • این hello_worldتابع Hello, World!هنگام فراخوانی، رشته را چاپ می‌کند.
   
   
   • if __name__ == "__main__":: بررسی می‌کند که آیا اسکریپت به عنوان برنامه اصلی اجرا می‌شود یا خیر. این تضمین می‌کند که عناصر کد خاصی هنگام شروع اسکریپت با نخ اصلی اجرا شوند. اگر اسکریپت برنامه اصلی باشد، hello_worldتابع را فراخوانی می‌کند.
   
   
   
   


8. یک فایل جدید server.pyبرای راه‌اندازی یک برنامه HTTP پایه با استفاده از پایتون http.serverو socketserverماژول‌ها ایجاد کنید.
   
   کنسولکپی
   
   
   (python-env)$ nano server.py
   
   
   
   


9. کد زیر را به فایل اضافه کنید.
   
   پایتونکپی
   
   
   from http.server import SimpleHTTPRequestHandler
   from socketserver import TCPServer
   from threading import Thread
   
   class HelloWorldHandler(SimpleHTTPRequestHandler):
   def do_GET(self):
   # Handle GET requests
   self.send_response(200)
   self.send_header("Content-type", "text/plain")
   self.end_headers()
   self.wfile.write(b"Hello, World!")
   
   def start_server():
   # Set up the HTTP server with custom handler
   server_address = ("", 8000)
   httpd = TCPServer(server_address, HelloWorldHandler)
   
   print("Server is running at http://localhost:8000")
   
   try:
   # Serve indefinitely
   httpd.serve_forever()
   except KeyboardInterrupt:
   # Handle keyboard interrupt to gracefully shut down the server
   print("Shutting down the server.")
   httpd.shutdown()
   
   if __name__ == "__main__":
   # Start the server in a separate thread
   server_thread = Thread(target=start_server)
   server_thread.start()
   
   # Run the main application
   from app import hello_world
   hello_world()
   
   # Wait for the server thread to finish
   server_thread.join()
   
   
   
   

   فایل را ذخیره کنید و ببندید.

   
   

   کد برنامه فوق به درخواست‌های GET ورودی با یک Hello, World!اعلان پاسخ می‌دهد. درون کد:

   
   
   
   
   • HelloWorldHandler: یک کلاس هندلر سفارشی تعریف می‌کند که SimpleHTTPRequestHandlerتابع ماژول HTTP را برای مدیریت درخواست‌های GET به ارث می‌برد.
   
   
   • start_server: یک TCPServerنمونه در حال اجرا روی پورت میزبان ایجاد می‌کند. علاوه بر این، استثنائات + وقفه‌ها را 8000ضبط می‌کند تا سرور را به طور مناسب خاموش کند.KeyboardInterruptCtrlC
   
   
   • (if __name__ == "__main__":)سرور HTTP را با استفاده از تابع در یک نخ جداگانه اجرا می‌کند . سپس، یک تابع را از ماژول Thread(target=start_server)وارد و فراخوانی می‌کند . قبل از بستن اتصال، منتظر می‌ماند تا نخ سرور تکمیل شود.hello_worldappserver_thread.join()
   
   
   
   


10. برنامه پایتون را به عنوان یک وظیفه پس‌زمینه در جلسه سرور خود اجرا کنید.
    
    کنسولکپی
    
    
    (python-env)$ python3 server.py &
    
    
    
    

    خروجی:

    
    Server is running at http://localhost:8000
    


11. 8000برای تأیید دسترسی به برنامه، یک درخواست GET به پورت میزبان ارسال کنید .
    
    کنسولکپی
    
    
    (python-env)$ curl -X GET -H "Content-Type: application/json" http://localhost:8000
    
    
    
    

    خروجی:

    
    Hello, World!
    

    وقتی درخواست GET فوق با شکست مواجه شد، بررسی کنید که هیچ برنامه‌ی ناسازگاری روی پورت میزبان تعریف‌شده اجرا نشود 8000.



12. شناسه کار برنامه پس‌زمینه را مشاهده کنید.
    
    کنسولکپی
    
    
    $ jobs
    
    
    
    

    خروجی:

    
    [1] python3 server.py &
    


13. برنامه را با استفاده از شناسه شغل متوقف کنید. برای مثال 1.
    
    کنسولکپی
    
    
    (python-env)$ kill %1
    
    
    
    


14. محیط مجازی خود را غیرفعال کنید.
    
    کنسولکپی
    
    
    (python-env)$ deactivate
    
    
    
    

کانتینرایز کردن برنامه وب پایتون

1. یک Dockerfile جدید Dockerfileبرای تنظیم تصویر کانتینر برنامه پایتون خود ایجاد کنید.
   
   کنسولکپی
   
   
   $ nano Dockerfile
   
   
   
   


2. محتویات زیر را به فایل اضافه کنید.
   
   Dockerfileکپی
   
   
   FROM python:3.8-slim
   WORKDIR /app
   
   COPY . /app
   
   CMD ["python3", "./server.py"]
   
   
   
   

   فایل را ذخیره کنید و ببندید.

   
   

   پیکربندی Dockerfile فوق، دایرکتوری کانتینر پایتون و ساختار زمان اجرا را تعریف می‌کند. در داخل پیکربندی:

   
   
   
   
   • FROM python:3.8-slim: از ایمیج رسمی پایتون ۳.۸ به عنوان ایمیج پایه برای اجرای کانتینر استفاده می‌کند.
   
   
   • WORKDIR /appدایرکتوری کاری را /appداخل کانتینر تنظیم می‌کند.
   
   
   • COPY . /app: داده‌ها را از دایرکتوری پروژه شما به کانتینر کپی می‌کند.
   
   
   • CMD ["python3", "./server.py"]: server.pyاسکریپت را هنگام شروع کانتینر اجرا می‌کند.
   
   
   
   


3. ایمیج داکر را با تمام فایل‌های دایرکتوری بسازید.
   
   کنسولکپی
   
   
   $ docker build -t python-app .
   
   
   

   توضیح کدبتاطراحی شده توسط NegarNovin Agent

   
   
   


4. برای تأیید در دسترس بودن برنامه، تصاویر محلی Docker را مشاهده کنید.
   
   کنسولکپی
   
   
   $ docker images
   
   
   
   

   خروجی:

   
   REPOSITORY TAG IMAGE ID CREATED SIZE
   python-app latest 86ff1e8041fe 19 seconds ago 180MB
   

تصویر برنامه پایتون را به رجیستری کانتینر نگارنوین منتقل کنید

برای ذخیره و استفاده از تصویر برنامه پایتون روی پلتفرمی مانند Kubernetes، تصویر را به رجیستری کانتینر نگارنوین منتقل کنید تا آن را به محیط‌های هدف خود ارسال کنید، همانطور که در مراحل زیر توضیح داده شده است.

1. وارد رجیستری کانتینر نگارنوین خود شوید. به جای ،، pythonregistryجزئیات رجیستری واقعی خود را قرار دهید.vcr-uservcr-password
   
   کنسولکپی
   
   
   $ docker login https://sjc.negarnovin.com/pythonregistry -u vcr-user -p vcr-password
   
   
   
   


2. ایمیج محلی داکر را با مخزن رجیستری کانتینر نگارنوین هدف خود برچسب‌گذاری کنید.
   
   کنسولکپی
   
   
   $ docker tag python-app:latest sjc.negarnovin.com/pythonregistry/python-app:latest
   
   
   
   


3. لیست تصاویر Docker موجود را مشاهده کنید و تأیید کنید که تصویر رجیستری در دسترس است.
   
   کنسولکپی
   
   
   $ docker images
   
   
   
   

   خروجی:

   
   sjc.negarnovin.com/pythonregistry/python-app latest 5594b65d7cd5 3 minutes ago 159MB
   python-app latest 01acb92c461c 3 minutes ago 159MB
   python 3.8-slim 067655fb1c09 2 months ago 128MB
   
   


4. تصویر برنامه پایتون خود را به رجیستری کانتینر نگارنوین منتقل کنید.
   
   کنسولکپی
   
   
   $ docker push sjc.negarnovin.com/pythonregistry/python-app:latest
   
   
   
   

   خروجی:

   
   The push refers to repository [sjc.negarnovin.com/pythonregistry/python-app]
   1.2e1e26d6f: Pushed
   1.df21a05: Pushed
   b081d565ce24: Pushed
   e67a1acfc698: Pushed
   1.8551e70: Pushed
   da5d55102092: Pushed
   fb1bd2fc5282: Pushed
   latest: digest: sha256:4a523aab91202e4d79d9456672571ae855a7227590d2dd63de11498bf64f098c size: 1788
   


5. برای آزمایش دسترسی به برنامه، یک کانتینر داکر جدید با استفاده از تصویر کانتینر رجیستری خود راه‌اندازی کنید.
   
   کنسولکپی
   
   
   $ docker run -dit -p 8000:8000 sjc.negarnovin.com/pythonregistry/python-app:latest
   
   
   
   


6. برای تأیید اینکه کانتینر برنامه شما در دسترس است، لیست کانتینرهای داکر در حال اجرا را مشاهده کنید.
   
   کنسولکپی
   
   
   $ docker ps
   
   
   
   

   خروجی:

   
   CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES
   cfaf3ab6bfac python-app:latest "python3 ./server.py" 8 seconds ago Up 7 seconds 0.0.0.0:8000->8000/tcp, :::8000->8000/tcp jovial_brattain
   


7. 8000برای تأیید دسترسی به کانتینر برنامه، یک درخواست GET جدید به پورت میزبان ارسال کنید .
   $ curl -X GET -H "Content-Type: application/json" http://127.0.0.1:8000
   

   خروجی:

   
   Hello, World!
   

استقرار برنامه پایتون در یک کلاستر Kubernetes

برای استقرار ایمن برنامه پایتون کانتینر شده خود در یک محیط عملیاتی مانند خوشه Kubernetes، دسترسی به رجیستری کانتینر نگارنوین خود را تنظیم کرده و تصویر برنامه را به عنوان یک منبع استقرار جدید نصب کنید. هنگام استقرار، کانتینر برنامه شما به اتصالات ورودی روی پورتی 8000که در پیکربندی کانتینر تعریف شده است، گوش می‌دهد. برای استقرار و استفاده از تصویر برنامه پایتون خود در یک خوشه negarnovin Kubernetes Engine (VKE) مراحل زیر را دنبال کنید.

1. به کنترل پنل رجیستری کانتینر نگارنوین خود دسترسی پیدا کنید.


2. به برگه Docker/Kubernetes بروید و روی Generate Kubernetes YAML کلیک کنید تا یک رجیستری جدید برای پیکربندی منابع مخفی ایجاد شود.
   
   ایجاد و نصب برنامه وب پایتون
   
   
   
   


3. یک فایل منبع مخفی جدید ایجاد کنید secret.yaml.
   
   کنسولکپی
   
   
   $ nano secret.yaml
   
   
   
   


4. پیکربندی YAML رجیستری کانتینر نگارنوین تولید شده خود را به فایلی مشابه فایل زیر اضافه کنید:
   apiVersion: v1
   kind: Secret
   metadata:
   name: negarnovin-cr-credentials
   data:
   .dockerconfigjson: example-json
   type: kubernetes.io/dockerconfigjson
   

   فایل را ذخیره کنید و ببندید.



5. راز را در کلاستر خود مستقر کنید.
   
   کنسولکپی
   
   
   $ kubectl apply -f secret.yaml
   
   
   
   


6. منابع کلاستر را مشاهده کنید تا مطمئن شوید که اعتبارنامه‌های رجیستری شما آماده استفاده هستند.
   
   کنسولکپی
   
   
   $ kubectl get secret
   
   
   
   

   خروجی:

   
   NAME TYPE DATA AGE
   negarnovin-cr-credentials kubernetes.io/dockerconfigjson 1 29m
   


7. یک فایل منبع Deployment جدید ایجاد کنید deployment.yamlتا نحوه اجرای برنامه خود را در یک pod شرح دهید.
   
   کنسولکپی
   
   
   $ nano deployment.yaml
   
   
   
   


8. پیکربندی‌های زیر را به فایل اضافه کنید. آن را sjc.negarnovin.com/pythonregistry/python-app:latestبا مخزن رجیستری NegarNovin Container واقعی خود جایگزین کنید.
   
   yamlکپی
   
   
   kind: Deployment
   apiVersion: apps/v1
   metadata:
   name: python-app
   spec:
   replicas: 3
   selector:
   matchLabels:
   app: python-app
   template:
   metadata:
   labels:
   app: python-app
   spec:
   containers:
   - name: python-app
   image: sjc.negarnovin.com/pythonregistry/python-app:latest
   ports:
   - containerPort: 8000
   imagePullSecrets:
   - name: negarnovin-cr-credentials
   
   
   
   

   فایل را ذخیره کنید و ببندید.



9. استقرار را روی کلاستر خود اعمال کنید.
   
   کنسولکپی
   
   
   $ kubectl apply -f deployment.yaml
   
   
   
   


10. برای تأیید در دسترس بودن منبع جدید، استقرارهای کلاستر را مشاهده کنید.
    
    کنسولکپی
    
    
    $ kubectl get deployment
    
    
    
    

    خروجی:

    
    NAME READY UP-TO-DATE AVAILABLE AGE
    python-app 3/3 3 3 21s
    


11. برای تأیید تمام پادهای مرتبط با استقرار خود، پادهای کلاستر را مشاهده کنید.
    
    کنسولکپی
    
    
    $ kubectl get pods
    
    
    
    

    خروجی:

    
    NAME READY STATUS RESTARTS AGE
    python-app-6cb76cfc8d-5wjbf 1/1 Running 0 35s
    python-app-6cb76cfc8d-tphrx 1/1 Running 0 35s
    python-app-6cb76cfc8d-txk5p 1/1 Running 0 35s
    

دسترسی خارجی به برنامه پایتون را به طور ایمن در معرض دید قرار دهید

برای اینکه برنامه پایتون خود را برای دسترسی خارجی با استفاده از خوشه negarnovin Kubernetes Engine (VKE) خود در معرض نمایش قرار دهید، یک کنترل‌کننده Ingress نصب کنید تا سرویس برنامه شما را به یک نام دامنه نگاشت کند. این کنترل‌کننده به طور ایمن تمام درخواست‌های برنامه را از نام دامنه شما به سرویس برنامه پایتون backend هدایت می‌کند. برای نمایش برنامه در خوشه VKE خود، مراحل زیر را دنبال کنید.

1. مخزن ورودی NGINX را به منابع Helm خود اضافه کنید.
   
   کنسولکپی
   
   
   $ helm repo add ingress-nginx https://kubernetes.github.io/ingress-nginx
   
   
   
   


2. فهرست مخزن Helm را به‌روزرسانی کنید.
   
   کنسولکپی
   
   
   $ helm repo update
   
   
   
   


3. NGINX Ingress Controller را با استفاده از Helm روی کلاستر خود نصب کنید.
   
   کنسولکپی
   
   
   $ helm install nginx-ingress ingress-nginx/ingress-nginx --set controller.publishService.enabled=true
   
   
   
   


4. حداقل 3چند دقیقه صبر کنید تا Nginx Ingress Controller تمام CRD های لازم را نصب کند. سپس، سرویس‌های کنترلر را مشاهده کنید تا آدرس IP اختصاص داده شده به Load Balancer را تأیید کنید.
   
   کنسولکپی
   
   
   $ kubectl get service --namespace default nginx-ingress-ingress-nginx-controller
   
   
   
   

   خروجی:

   
   NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
   nginx-ingress-ingress-nginx-controller LoadBalancer 10.98.94.149 192.0.2.100 80:32671/TCP,443:32325/TCP 2m58s
   

   برای دسترسی خارجی به سرویس‌های کلاستر خود، مقدار EXTERNAL-IP کنترلر Ingress را یادداشت کنید .



5. یک رکورد دامنه A جدید که به آدرس IP عمومی کنترل‌کننده Ingress اشاره می‌کند، تنظیم کنید . برای مثال، app.example.com.


6. یک فایل منبع سرویس پایتون جدید ایجاد کنیدservice.yaml
   
   کنسولکپی
   
   
   $ nano service.yaml
   
   
   
   


7. محتویات زیر را به فایل اضافه کنید.
   
   یاملکپی
   
   
   apiVersion: v1
   kind: Service
   metadata:
   name: python-app
   spec:
   selector:
   app: python-app
   ports:
   - protocol: TCP
   port: 80
   targetPort: 8000
   
   
   
   

   فایل را ذخیره کنید و ببندید.

   
   

   پیکربندی سرویس فوق، تمام درخواست‌های شبکه روی پورت HTTP را 80به پورت برنامه پایتون شما ارسال می‌کند 8000.



8. سرویس را روی کلاستر خود اعمال کنید.
   
   کنسولکپی
   
   
   $ kubectl apply -f service.yaml
   
   
   
   


9. یک فایل منبع Ingress جدید ingress.yamlبرای نمایش سرویس برنامه پایتون ایجاد کنید.
   
   کنسولکپی
   
   
   $ nano ingress.yaml
   
   
   
   


10. محتویات زیر را به فایل اضافه کنید. app.example.comدامنه واقعی خود را جایگزین کنید.
    
    یاملکپی
    
    
    apiVersion: networking.k8s.io/v1
    kind: Ingress
    metadata:
    name: nginx-ingress
    namespace: default
    annotations:
    kubernetes.io/ingress.class: nginx
    spec:
    rules:
    - host: app.example.com
    http:
    paths:
    - backend:
    service:
    name: python-app
    port:
    number: 80
    path: /
    pathType: Prefix
    
    
    
    

    فایل را ذخیره کنید و ببندید.

    
    

    پیکربندی Ingress فوق، تمام درخواست‌های ریشه را از app.example.comسرویس برنامه پایتون شما روی پورت ارسال می‌کند 80.



11. منبع Ingress را روی کلاستر خود اعمال کنید.
    
    کنسولکپی
    
    
    $ kubectl apply -f ingress.yaml
    
    
    
    


12. اشیاء Ingress کلاستر را مشاهده کنید و تأیید کنید که منبع جدید در دسترس است.
    
    کنسولکپی
    
    
    $ kubectl get ingress
    
    
    

    توضیح کدبتاطراحی شده توسط Negarnovin Agent

    
    
    

    خروجی:

    
    NAME CLASS HOSTS ADDRESS PORTS AGE
    nginx-ingress nginx app.example.com 192.0.2.100 80 32s
    


13. برای آزمایش دسترسی به برنامه، با استفاده از یک مرورگر وب مانند فایرفاکس به دامنه خود دسترسی پیدا کنید.
    
    

    

    
    
    
    

نتیجه‌ گیری

شما یک برنامه پایتون را کانتینرایز کرده‌اید و آن را در مخزن رجیستری کانتینر نگارنوین برای استقرار در یک خوشه VKE ذخیره کرده‌اید. ارسال برنامه‌های وب پایتون به عنوان تصاویر کانتینر، مدیریت و ارتقاء کارآمد اجزای برنامه را برای استقرار در محیط‌های مختلف امکان‌پذیر می‌کند.