14、Kubernetes - 实战：存储（StatefulSet 控制器实现mysql主从集群的部署）
一、部署原理
使用statefulset控制器部署mysql主从集群的原理如下图所示：
二、使用 statefulset控制器部署mysql主从集群
部署MySQL 示例，包含一个 ConfigMap，（用于拷贝mysql配置文件）
两个 Services，（一个是无头服务，用于名称访问MySQL，一个是clustip，用于客户端通过ip访问）
一个 StatefulSet（部署MySQL主从集群的）。
创建ConfigMap
从以下的 YAML 配置文件创建 ConfigMap ：
[root@server1 pv]# mkdir mysql
[root@server1 pv]# cd mysql/
[root@server1 mysql]# vim configmap.yaml
[root@server1 mysql]# cat configmap.yaml
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
name: mysql
labels:
app: mysql
data:
master.cnf: |
Apply this config only on the master.
[mysqld]
log-bin
slave.cnf: |
Apply this config only on slaves.
[mysqld]
super-read-only
这个ConfigMap 提供 my.cnf 覆盖，使我们可以独立控制 MySQL 主服务器和从服务器的配置。 在这种情况下，我们希望主服务器能够开启log-bin开启二进制文件将复制日志提供给从服务器，并且希望从服务器拒绝任何不是通过复制进行的写操作开启 super-read-only。
ConfigMap 本身没有什么特别之处，它可以使不同部分应用于不同的 Pod。 每个 Pod 都会决定在初始化时要看基于 StatefulSet 控制器提供的信息。
运行yaml文件：
[root@server1 mysql]# kubectl apply -f configmap.yaml
configmap/mysql created
[root@server1 mysql]# kubectl get cm
NAME DATA AGE
mysql 2 2s
查看这个cm的详细信息：
[root@server1 mysql]# kubectl describe cm mysql
Name: mysql
Namespace: default
Labels: app=mysql
Annotations:
Data
====
master.cnf: #主服务器的配置文件
----
# Apply this config only on the master.
[mysqld]
log-bin
slave.cnf: #从服务器的配置文件
----
# Apply this config only on slaves.
[mysqld]
super-read-only
Events: <none>
创建Services
从以下YAML 配置文件创建服务：
[root@server1 mysql]# vim service.yaml
[root@server1 mysql]# cat service.yaml
# Headless service for stable DNS entries of StatefulSet members.
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: mysql
labels:
app: mysql
spec:
ports:
- name: mysql
port: 3306
clusterIP: None
selector:
app: mysql
---
# Client service for connecting to any MySQL instance for reads.
# For writes, you must instead connect to the master: mysql-0.mysql.
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: mysql-read
labels:
app: mysql
spec:
ports:
- name: mysql
port: 3306
selector:
app: mysql
[root@server1 mysql]#
[root@server1 mysql]# kubectl apply -f service.yaml
service/mysql created
service/mysql-read created
[root@server1 mysql]# kubectl get svc
NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
mysql ClusterIP None <none> 3306/TCP 23s
mysql-read ClusterIP 10.100.94.198 <none> 3306/TCP 23s
Headless Service 给 StatefulSet 控制器为集合中每个 Pod 创建的 DNS 条目提供了一个宿主。因为 Headless Service 名为 mysql，所以可以通过在同一 Kubernetes 集群和 namespace 中的任何其他 Pod 内解析 .mysql 来访问 Pod。（例如mysql-0.mysql.default.cluster.local）
客户端Service 称为 mysql-read，是一种常规 Service，具有其自己的群集 IP，该群集 IP 在报告为就绪的所有MySQL Pod 中分配连接。可能端点的集合包括 MySQL 主节点和所有从节点。
请注意，只有读取查询才能使用负载平衡的客户端 Service。因为只有一个 MySQL 主服务器，所以客户端应直接连接到 MySQL 主服务器 Pod (通过其在 Headless Service 中的 DNS 条目)以执行写入操作。
StatefulSet控制器创建pod
最后，从以下 YAML 配置文件创建 StatefulSet：
[root@server1 mysql]# vim statefulset.yaml
[root@server1 mysql]# cat statefulset.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
name: mysql
spec:
selector:
matchLabels:
app: mysql
serviceName: mysql
replicas: 3
template:
metadata:
labels:
app: mysql
spec:
initContainers:
- name: init-mysql
image: mysql:5.7
command:
- bash
- "-c"
- |
set -ex
Generate mysql server-id from pod ordinal index.
[[ hostname =~ -([0-9]+)$ ]] || exit 1
ordinal=${BASH_REMATCH[1]}
echo [mysqld] > /mnt/conf.d/server-id.cnf
Add an offset to avoid reserved server-id=0 value.
echo server-id=$((100 + $ordinal)) >> /mnt/conf.d/server-id.cnf
Copy appropriate conf.d files from config-map to emptyDir.
if [[ $ordinal -eq 0 ]]; then
cp /mnt/config-map/master.cnf /mnt/conf.d/
else
cp /mnt/config-map/slave.cnf /mnt/conf.d/
fi
volumeMounts:
- name: conf
mountPath: /mnt/conf.d
- name: config-map
mountPath: /mnt/config-map
- name: clone-mysql
image: xtrabackup:1.0
command:
- bash
- "-c"
- |
set -ex
Skip the clone if data already exists.
[[ -d /var/lib/mysql/mysql ]] && exit 0
Skip the clone on master (ordinal index 0).
[[ hostname =~ -([0-9]+)$ ]] || exit 1
ordinal=${BASH_REMATCH[1]}
[[ $ordinal -eq 0 ]] && exit 0
Clone data from previous peer.
ncat --recv-only mysql-$(($ordinal-1)).mysql 3307 | xbstream -x -C /var/lib/mysql
Prepare the backup.
xtrabackup --prepare --target-dir=/var/lib/mysql
volumeMounts:
- name: data
mountPath: /var/lib/mysql
subPath: mysql
- name: conf
mountPath: /etc/mysql/conf.d
containers:
- name: mysql
image: mysql:5.7
env:
- name: MYSQL_ALLOW_EMPTY_PASSWORD
value: "1"
ports:
- name: mysql
containerPort: 3306
volumeMounts:
- name: data
mountPath: /var/lib/mysql
subPath: mysql
- name: conf
mountPath: /etc/mysql/conf.d
resources:
requests:
cpu: 500m
memory: 300Mi
livenessProbe:
exec:
command: ["mysqladmin", "ping"]
initialDelaySeconds: 30
periodSeconds: 10
timeoutSeconds: 5
readinessProbe:
exec:
Check we can execute queries over TCP (skip-networking is off).
command: ["mysql", "-h", "127.0.0.1", "-e", "SELECT 1"]
initialDelaySeconds: 5
periodSeconds: 2
timeoutSeconds: 1
- name: xtrabackup
image: xtrabackup:1.0
ports:
- name: xtrabackup
containerPort: 3307
command:
- bash
- "-c"
- |
set -ex
cd /var/lib/mysql
Determine binlog position of cloned data, if any.
if [[ -f xtrabackup_slave_info && "x$(<xtrabackup_slave_info)" != "x" ]]; then
XtraBackup already generated a partial "CHANGE MASTER TO" query
because we're cloning from an existing slave. (Need to remove the tailing semicolon!)
cat xtrabackup_slave_info | sed -E 's/;$//g' > change_master_to.sql.in
Ignore xtrabackup_binlog_info in this case (it's useless).
rm -f xtrabackup_slave_info xtrabackup_binlog_info
elif [[ -f xtrabackup_binlog_info ]]; then
We're cloning directly from master. Parse binlog position.
[[ cat xtrabackup_binlog_info =~ ^(.*?)[[:space:]]+(.*?)$ ]] || exit 1
rm -f xtrabackup_binlog_info xtrabackup_slave_info
echo "CHANGE MASTER TO MASTER_LOG_FILE='${BASH_REMATCH[1]}',\
MASTER_LOG_POS=${BASH_REMATCH[2]}" > change_master_to.sql.in
fi
Check if we need to complete a clone by starting replication.
if [[ -f change_master_to.sql.in ]]; then
echo "Waiting for mysqld to be ready (accepting connections)"
until mysql -h 127.0.0.1 -e "SELECT 1"; do sleep 1; done
echo "Initializing replication from clone position"
mysql -h 127.0.0.1 \
-e "$(<change_master_to.sql.in), \
MASTER_HOST='mysql-0.mysql', \
MASTER_USER='root', \
MASTER_PASSWORD='', \
MASTER_CONNECT_RETRY=10; \
START SLAVE;" || exit 1
In case of container restart, attempt this at-most-once.
mv change_master_to.sql.in change_master_to.sql.orig
fi
Start a server to send backups when requested by peers.
exec ncat --listen --keep-open --send-only --max-conns=1 3307 -c \
"xtrabackup --backup --slave-info --stream=xbstream --host=127.0.0.1 --user=root"
volumeMounts:
- name: data
mountPath: /var/lib/mysql
subPath: mysql
- name: conf
mountPath: /etc/mysql/conf.d
resources:
requests:
cpu: 100m
memory: 100Mi
volumes:
- name: conf
emptyDir: {
}
- name: config-map
configMap:
name: mysql
volumeClaimTemplates:
- metadata:
name: data
spec:
accessModes: ["ReadWriteOnce"]
resources:
requests:
storage: 1Gi
StatefulSet 控制器一次按顺序启动 Pod 序数索引。它一直等到每个 Pod 报告就绪为止，然后再开始下一个 Pod。
此外，控制器为每个 Pod 分配一个唯一，稳定的表单名称 - 其结果是 Pods 名为 mysql-0，mysql-1 和 mysql-2。
上述StatefulSet 清单中的 Pod 模板利用这些属性来执行 MySQL 复制的有序启动。
生成配置
在启动Pod 规范中的任何容器之前， Pod 首先按照定义的顺序运行所有初始容器。
第一个名为 init-mysql 的初始化容器，根据序号索引生成特殊的 MySQL 配置文件。
该脚本通过从 Pod 名称的末尾提取索引来确定自己的序号索引，该名称由 hostname 命令返回。 然后将序数(带有数字偏移量以避免保留值)保存到 MySQL conf.d 目录中的文件 server-id.cnf 中。 这将转换 StatefulSet 提供的唯一，稳定的身份控制器进入需要相同属性的 MySQL 服务器 ID 的范围。
通过将内容复制到 conf.d 中，init-mysql 容器中的脚本也可以应用 ConfigMap 中的 master.cnf 或 slave.cnf。由于示例拓扑由单个 MySQL 主节点和任意数量的从节点组成，因此脚本仅将序数 0 指定为主节点，而将其他所有人指定为从节点。与 StatefulSet 控制器的部署顺序保证,这样可以确保 MySQL 主服务器在创建从服务器之前已准备就绪，以便它们可以开始复制。
克隆现有数据
通常，当新的 Pod 作为从节点加入集合时，必须假定 MySQL 主节点可能已经有数据。还必须假设复制日志可能不会一直追溯到时间的开始。 这些保守假设的关键是允许正在运行的 StatefulSet 随时间扩大和缩小而不是固定在其初始大小。
第二个名为 clone-mysql 的初始化容器，第一次在从属 Pod 上以空 PersistentVolume 启动时，会对从属 Pod 执行克隆操作。这意味着它将从另一个运行的 Pod 复制所有现有数据，因此其本地状态足够一致，可以开始主从服务器复制。
MySQL 本身不提供执行此操作的机制，因此该示例使用了一种流行的开源工具 Percona XtraBackup。 在克隆期间，源 MySQL 服务器可能会降低性能。 为了最大程度地减少对 MySQL 主机的影响，该脚本指示每个 Pod 从序号较低的 Pod 中克隆（即mysql-2从mysql-1中克隆）。 可以这样做的原因是 StatefulSet 控制器始终确保在启动 Pod N + 1 之前 Pod N 已准备就绪。
开始复制
初始化容器成功完成后，常规容器将运行。 MySQL Pods 由运行实际 mysqld 服务器的 mysql 容器和充当辅助工具的 xtrabackup 容器组成。
xtrabackup 辅助工具查看克隆的数据文件，并确定是否有必要在从属服务器上初始化 MySQL 复制。 如果是这样，它将等待 mysqld 准备就绪，然后执行带有从 XtraBackup 克隆文件中提取的复制参数 CHANGE MASTER TO 和 START SLAVE 命令。
一旦从服务器开始复制后，它会记住其 MySQL 主服务器。并且如果服务器重新启动或连接中断，则会自动重新连接。 另外，因为从服务器会以其稳定的 DNS 名称查找主服务器(mysql-0.mysql)，即使由于重新安排而获得新的 Pod IP，他们也会自动找到主服务器。
最后，开始复制后，xtrabackup 容器监听来自其他 Pod 的连接数据克隆请求。 如果 StatefulSet 扩大规模，或者下一个 Pod 失去其 PersistentVolumeClaim 并需要重新克隆，则此服务器将无限期保持运行。
上述yaml文件中需要的镜像有：mysql:5.7 和 xtrabackup:1.0，需要提前拉取放到私有仓库里面。