一、项目简介

容器化已经成为后端服务交付的主流方式，但 Kubernetes 这类平台的完整体系较重，对于初学者来说直接理解集群、节点、工作负载、副本数、鉴权和接口协作并不容易。本文实现一个“基于 Python 的容器编排工具”全栈项目，用较轻量的方式模拟容器编排平台的核心流程：用户注册登录、创建集群、注册节点、部署工作负载、扩缩容和删除服务。

项目定位不是替代 Kubernetes，而是帮助读者掌握容器编排系统的基础业务建模和全栈落地方法。后端使用 FastAPI 提供 RESTful API，SQLite 存储数据，前端使用 Vue 3 + Vite 构建管理控制台。

二、技术栈

• 后端框架：FastAPI
• 数据库：SQLite
• ORM：SQLAlchemy
• 数据校验：Pydantic
• 认证方案：密码哈希 + JWT Bearer Token
• 前端框架：Vue 3
• 前端构建工具：Vite
• 接口通信：Fetch API 封装
• 部署方式：后端 Uvicorn，前端 Vite 开发服务或构建后静态部署

三、系统架构

系统采用前后端分离架构：

浏览器 Vue 3 控制台 | | HTTP + Bearer Token v FastAPI REST API | | SQLAlchemy ORM v SQLite 数据库

后端负责用户认证、资源权限校验、集群/节点/工作负载管理；前端负责登录状态维护、表单录入、资源列表展示和扩缩容操作。每个用户只能看到并管理自己创建的集群资源。

四、功能模块

1. 用户认证模块

• 用户注册
• 用户登录
• 密码哈希存储
• JWT Token 签发
• 登录状态查询
• 核心业务接口鉴权保护

2. 集群管理模块

• 创建集群
• 查看当前用户的集群列表
• 保存集群区域、API Server 地址和状态

3. 节点管理模块

• 为指定集群注册节点
• 记录节点 IP、CPU、内存和状态
• 展示节点资源池

4. 工作负载模块

• 部署镜像工作负载
• 设置副本数
• 模拟运行状态
• 支持扩容、缩容和停止
• 支持删除工作负载

5. 仪表盘模块

• 展示集群数量
• 展示节点数量
• 展示工作负载总数
• 展示运行中工作负载数量

五、数据库/数据模型设计

本项目使用 SQLite，核心表如下：

models.py中的用户模型示例：

classUser(Base):__tablename__="users"id=mapped_column(Integer,primary_key=True,index=True)username=mapped_column(String(50),unique=True,index=True,nullable=False)email=mapped_column(String(120),unique=True,index=True,nullable=False)hashed_password=mapped_column(String(255),nullable=False)

集群通过owner_id关联用户，节点和工作负载通过cluster_id关联集群，这样可以自然地实现用户级资源隔离。

六、后端接口设计

后端接口统一以/api开头：

接口鉴权核心是 FastAPI 依赖注入：

defget_current_user(token:str=Depends(oauth2_scheme),db:Session=Depends(get_db)):payload=decode_access_token(token)ifnotpayloadornotpayload.get("sub"):raiseHTTPException(status_code=401,detail="登录已失效")user=crud.get_user_by_username(db,payload["sub"])ifnotuser:raiseHTTPException(status_code=401,detail="用户不存在")returnuser

业务接口只要声明current_user: models.User = Depends(get_current_user)，就能自动要求前端携带 Bearer Token。

七、前端页面设计

前端使用 Vue 3 + Vite，主要页面集中在App.vue中，适合教学项目阅读。页面分为两种状态：

1. 未登录：展示登录/注册 Tab 表单。
2. 已登录：展示仪表盘、集群表单、节点表单、工作负载表单、资源列表和操作按钮。

前端 API 封装在src/api.js：

asyncfunctionrequest(path,options={}){constheaders={'Content-Type':'application/json',...(options.headers||{})}consttoken=getToken()if(token)headers.Authorization=`Bearer${token}`constresp=awaitfetch(`${API_BASE}${path}`,{...options,headers})constdata=awaitresp.json()if(!resp.ok)thrownewError(data?.detail||'请求失败')returndata}

登录成功后将 Token 存入localStorage，之后所有鉴权请求都会自动带上 Authorization 头。

八、核心代码讲解

1. 密码哈希与 Token

security.py使用 passlib 对密码进行哈希，避免明文保存密码：

pwd_context=CryptContext(schemes=["bcrypt"],deprecated="auto")defget_password_hash(password:str)->str:returnpwd_context.hash(password)defverify_password(plain_password:str,hashed_password:str)->bool:returnpwd_context.verify(plain_password,hashed_password)

登录成功后，后端创建 JWT：

defcreate_access_token(data:dict,expires_delta:timedelta|None=None)->str:to_encode=data.copy()expire=datetime.utcnow()+(expires_deltaortimedelta(minutes=ACCESS_TOKEN_EXPIRE_MINUTES))to_encode.update({"exp":expire})returnjwt.encode(to_encode,SECRET_KEY,algorithm=ALGORITHM)

2. 工作负载部署

工作负载部署并不真正启动容器，而是模拟编排平台的声明式状态：

defcreate_workload(db:Session,workload:schemas.WorkloadCreate):db_workload=models.Workload(cluster_id=workload.cluster_id,name=workload.name,image=workload.image,replicas=workload.replicas,desired_replicas=workload.replicas,status="Running",)db.add(db_workload)db.commit()db.refresh(db_workload)returndb_workload

当用户扩缩容时，系统更新实际副本和期望副本，并根据副本数判断状态：

defscale_workload(db:Session,workload:models.Workload,replicas:int):workload.desired_replicas=replicas workload.replicas=replicas workload.status="Stopped"ifreplicas==0else"Running"db.commit()db.refresh(workload)returnworkload

3. 前端扩缩容交互

Vue 页面通过按钮调用后端接口：

asyncfunctionscale(w,replicas){awaitapi.scaleWorkload(w.id,replicas)awaitloadAll()}

操作完成后重新加载仪表盘、节点和工作负载列表，保证页面状态与后端一致。

九、部署与运行步骤

1. 启动后端

cdproject/backend python3-mvenv .venvsource.venv/bin/activate pipinstall-rrequirements.txt uvicorn app.main:app--reload--host0.0.0.0--port8000

后端默认地址为：http://127.0.0.1:8000。

2. 启动前端

cdproject/frontendnpminstallnpmrun dev

前端默认会请求：http://127.0.0.1:8000/api。浏览器打开 Vite 输出的地址，通常是http://127.0.0.1:5173。

3. 初始化使用

1. 注册新用户。
2. 登录进入控制台。
3. 创建一个集群。
4. 为集群注册节点。
5. 部署镜像工作负载。
6. 使用扩容、缩容、删除按钮管理工作负载。

十、项目总结

本文完成了一个具备完整认证与鉴权的 Python 全栈项目：基于 Python 的容器编排工具。它使用 FastAPI 构建 API，使用 SQLite 持久化资源，使用 Vue 3 + Vite 构建前端控制台。虽然项目没有直接对接 Docker 或 Kubernetes API，但已经覆盖容器编排平台最核心的业务抽象：集群、节点、工作负载、副本和状态管理。

读者可以在此基础上继续扩展：接入 Docker SDK 实际创建容器、对接 Kubernetes Python Client、增加 YAML 模板导入、加入资源监控图表、实现多租户角色权限等。这个项目非常适合作为 Python 全栈、云原生入门和毕业设计原型。

项目代码

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