基于K8S的StatefulSet部署MySQL集群

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环境：

# 采用NFS存储卷的方式 持久化存储mysql数据目录

需求：

展示如何使用 StatefulSet 控制器运行一个有状态的应用程序。此例是多副本的 MySQL 数据库。 示例应用的拓扑结构有一个主服务器和多个副本，使用异步的基于行(Row-Based) 的数据复制。

• 搭建一个“主从复制”(Maser-Slave Replication)的 MySQL 集群
• 存在一个主节点【master】，有多个从节点【slave】
• 从节点可以水平拓展
• 所有的写操作，只能在主节点上执行
• 读操作可以在所有节点上执行

一、部署NFS服务器

#服务器安装nfs服务，提供nfs存储功能 
1、安装nfs-utils 
yum install nfs-utils (centos) 
或者  apt-get install nfs-kernel-server (ubuntu) 
 
2、启动服务 
systemctl enable nfs-server 
systemctl start nfs-server 
 
3、创建共享目录完成共享配置 
mkdir /home/nfs   #创建共享目录 
 
4、编辑共享配置 
vim /etc/exports                                            
#语法格式：    共享文件路径     客户机地址（权限）     #这里的客户机地址可以是IP,网段，域名,也可以是任意* 
/home/nfs  *(rw,async,no_root_squash) 

#服务器安装nfs服务，提供nfs存储功能 
1、安装nfs-utils 
yum install nfs-utils (centos) 
或者  apt-get install nfs-kernel-server (ubuntu) 
 
2、启动服务 
systemctl enable nfs-server 
systemctl start nfs-server 
 
3、创建共享目录完成共享配置 
mkdir /home/nfs   #创建共享目录 
 
4、编辑共享配置 
vim /etc/exports                                            
#语法格式：    共享文件路径     客户机地址（权限）     #这里的客户机地址可以是IP,网段，域名,也可以是任意* 
/home/nfs  *(rw,async,no_root_squash) 

服务自检命令  
exportfs -arv 
 
 
5、重启服务 
systemctl restart nfs-server 
 
 
6、本机查看nfs 共享目录 
#showmount -e 服务器IP地址 (如果提示命令不存在，则需要yum install showmount) 
 
showmount -e 127.0.0.1 
/home/nfs * 
 
 
 
7、客户端模拟挂载[所有k8s的节点都需要安装客户端] 
[root@master-1 ~]# yum install nfs-utils （centos） 
或者  apt-get install nfs-common （ubuntu） 
[root@master-1 ~]# mkdir /test 
[root@master-1 ~]# mount -t nfs 172.16.201.209:/home/nfs /test 
 
#取消挂载 
[root@master-1 ~]# umount /test 

二、配置PV 动态供给(NFS StorageClass)，创建pvc

部署NFS实现自动创建PV插件： 一共设计到4个yaml 文件 ，官方的文档有详细的说明

https://github.com/kubernetes-incubator/external-storage

root@k8s-master1:~ # mkdir  /root/pvc 
root@k8s-master1:~ # cd   /root/pvc 

创建rbac.yaml 文件

root@k8s-master1:pvc # cat rbac.yaml  
kind: ServiceAccount 
apiVersion: v1 
metadata: 
  name: nfs-client-provisioner 
--- 
kind: ClusterRole 
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1 
metadata: 
  name: nfs-client-provisioner-runner 
rules: 
  - apiGroups: [""] 
    resources: ["persistentvolumes"] 
    verbs: ["get", "list", "watch", "create", "delete"] 
  - apiGroups: [""] 
    resources: ["persistentvolumeclaims"] 
    verbs: ["get", "list", "watch", "update"] 
  - apiGroups: ["storage.k8s.io"] 
    resources: ["storageclasses"] 
    verbs: ["get", "list", "watch"] 
  - apiGroups: [""] 
    resources: ["events"] 
    verbs: ["create", "update", "patch"] 
--- 
kind: ClusterRoleBinding 
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1 
metadata: 
  name: run-nfs-client-provisioner 
subjects: 
  - kind: ServiceAccount 
    name: nfs-client-provisioner 
    namespace: default 
roleRef: 
  kind: ClusterRole 
  name: nfs-client-provisioner-runner 
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io 
--- 
kind: Role 
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1 
metadata: 
  name: leader-locking-nfs-client-provisioner 
rules: 
  - apiGroups: [""] 
    resources: ["endpoints"] 
    verbs: ["get", "list", "watch", "create", "update", "patch"] 
--- 
kind: RoleBinding 
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1 
metadata: 
  name: leader-locking-nfs-client-provisioner 
subjects: 
  - kind: ServiceAccount 
    name: nfs-client-provisioner 
    # replace with namespace where provisioner is deployed 
    namespace: default 
roleRef: 
  kind: Role 
  name: leader-locking-nfs-client-provisioner 
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io 

创建deployment.yaml 文件

官方默认的镜像地址，国内可能无法下载，可以使用 image:

fxkjnj/nfs-client-provisioner:latest

#定义NFS 服务器的地址，共享目录名称

root@k8s-master1:pvc # cat deployment.yaml  
apiVersion: v1 
kind: ServiceAccount 
metadata: 
  name: nfs-client-provisioner 
--- 
kind: Deployment 
apiVersion: apps/v1  
metadata: 
  name: nfs-client-provisioner 
spec: 
  replicas: 1 
  strategy: 
    type: Recreate 
  selector: 
    matchLabels: 
      app: nfs-client-provisioner 
  template: 
    metadata: 
      labels: 
        app: nfs-client-provisioner 
    spec: 
      serviceAccountName: nfs-client-provisioner 
      containers: 
        - name: nfs-client-provisioner 
          image: fxkjnj/nfs-client-provisioner:latest 
          volumeMounts: 
            - name: nfs-client-root 
              mountPath: /persistentvolumes 
          env: 
            - name: PROVISIONER_NAME 
              value: fuseim.pri/ifs 
            - name: NFS_SERVER 
              value: 172.16.201.209  
            - name: NFS_PATH 
              value: /home/nfs 
      volumes: 
        - name: nfs-client-root 
          nfs: 
            server: 172.16.201.209 
            path: /home/nfs 

 创建class.yaml

root@k8s-master1:pvc # cat class.yaml  
apiVersion: storage.k8s.io/v1 
kind: StorageClass 
metadata: 
  name: managed-nfs-storage 
provisioner: fuseim.pri/ifs # or choose another name, must match deployment's env PROVISIONER_NAME' 
parameters: 
  archiveOnDelete: "true" 

 部署

root@k8s-master1:pvc # kubectl apply -f . 
 
 
#查看存储卷 
root@k8s-master1:pvc # kubectl  get sc 
NAME                  PROVISIONER      RECLAIMPOLICY   VOLUMEBINDINGMODE   ALLOWVOLUMEEXPANSION   AGE 
managed-nfs-storage   fuseim.pri/ifs   Delete          Immediate           false                  25h 

三、编写mysql 相关yaml文件

MySQL 示例部署包含一个 ConfigMap、两个 Service 与一个 StatefulSet。

ConfigMap:

vim mysql-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 

 说明：

在这里，我们定义了 master.cnf 和 slave.cnf 两个 MySQL 的配置文件

• master.cnf 开启了log-bin，可以使用二进制日志文件的方式进行主从复制.
• slave.cnf 开启了 super-read-only ，表示从节点只接受主节点的数据同步的所有写的操作，拒绝其他的写入操作，对于用户来说就是只读的
• master.cnf 和 slave.cnf 已配置文件的形式挂载到容器的目录中

Service：

vim mysql-services.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 

 说明：

clusterIP: None，使用无头服务 Headless Service(相比普通Service只是将spec.clusterIP定义为None，也就是没有clusterIP，直接使用endport 来通信)来维护Pod网络身份，会为每个Pod分配一个数字编号并且按照编号顺序部署。还需要在StatefulSet添加serviceName: “mysql”字段指定StatefulSet控制器

另外statefulset控制器网络标识，体现在主机名和Pod A记录：

• 主机名：<statefulset名称>-<编号>

例如: mysql-0

• Pod DNS A记录：<statefulset名称-编号>.<service-name> .<namespace>.svc.cluster.local （POD 之间通过DNS A 记录互相通信）

例如:

mysql-0.mysql.default.svc.cluster.local

StatefulSet:

vim mysql-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 [[ $ordinal -eq 0 ]]; then 
            cp /mnt/config-map/master.cnf /mnt/conf.d/ 
          else 
            cp /mnt/config-map/slave.cnf /mnt/conf.d/ 
          fi           
        volumeMounts: 
        - name: conf 
          mountPath: /mnt/conf.d 
        - name: config-map 
          mountPath: /mnt/config-map 
      - name: clone-mysql 
        image: fxkjnj/xtrabackup:1.0 
        command: 
        - bash 
        - "-c" 
        - | 
          set -ex 
          # Skip the clone if data already exists. 
          [[ -d /var/lib/mysql/mysql ]] && exit 0 
          # Skip the clone on master (ordinal index 0). 
          [[ `hostname` =~ -([0-9]+)$ ]] || 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: 1Gi 
        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: fxkjnj/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: 
      storageClassName: "managed-nfs-storage" 
      accessModes: ["ReadWriteOnce"] 
      resources: 
        requests: 
          storage: 0.5Gi 

说明：

• 使用xtrbackup 工具进行容器初始化数据的备份，https://www.toutiao.com/i6999565563710292484
• 使用linux 自带的ncat 工具进行容器初始化数据的拷贝[使用ncat指令，远程地从前一个节点拷贝数据到本地] https://www.cnblogs.com/chengd/p/7565280.html
• 使用mysql的binlog 主从复制 来保证主从之间的数据一致
• 利用pod的主机名的序号来判断当前节点为主节点还是从节点，再根据对于节点拷贝不同的配置文件到指定位置
• 使用mysqladmin的ping 作为数据库的健康检测方式
• 使用nfs存储的 PV 动态供给(StorageClass)，持久化mysql的数据文件

四、部署并测试

root@k8s-master1:~/kubernetes/mysql# ll 
total 24 
drwxr-xr-x 2 root root 4096 Nov  3 16:42 ./ 
drwxr-xr-x 8 root root 4096 Nov  3 13:33 ../ 
-rw-r--r-- 1 root root  278 Nov  2 22:15 mysql-configmap.yaml 
-rw-r--r-- 1 root root  556 Nov  2 22:08 mysql-services.yaml 
-rw-r--r-- 1 root root 5917 Nov  3 14:22 mysql-statefulset.yaml 
 
root@k8s-master1:~/kubernetes/mysql# kubectl apply -f . 
configmap/mysql create 
service/mysql create 
service/mysql-read create 
statefulset.apps/mysql create 
 
 
#动态追踪查看Pod的状态： 
root@k8s-master1:~/kubernetes/mysql# kubectl get pods -l app=mysql --watch 
NAME      READY   STATUS    RESTARTS   AGE 
mysql-0   2/2     Running   0          3h12m 
mysql-1   2/2     Running   0          3h11m 
mysql-2   2/2     Running   0          3h10m 

 可以看到，StatefulSet 启动成功后，将会有三个 Pod 运行。

接下来，我们可以尝试向这个 MySQL 集群发起请求，执行一些 SQL 操作来验证它是否正常：

kubectl run mysql-client --image=mysql:5.7 -i --rm --restart=Never --\ 
mysql -h mysql-0.mysql <<EOF 
CREATE DATABASE test; 
CREATE TABLE test.messages (message VARCHAR(250)); 
INSERT INTO test.messages VALUES ('hello'); 
EOF 

 如上所示，我们通过启动一个容器，使用 MySQL client 执行了创建数据库和表、以及插入数据的操作。需要注意的是，我们连接的 MySQL 的地址必须是 mysql-0.mysql(即：Master 节点的 DNS A 记录, 因为POD 之间通过DNS A 记录互相通信)只有 Master 节点才能处理写操作。

而通过连接 mysql-read 这个 Service，我们就可以用 SQL 进行读操作，如下所示：

kubectl run mysql-client --image=mysql:5.7 -i -t --rm --restart=Never --\ 
  mysql -h mysql-read -e "SELECT * FROM test.messages" 
   
   
#你应该获得如下输出： 
Waiting for pod default/mysql-client to be running, status is Pending, pod ready: false 
+---------+ 
| message | 
+---------+ 
| hello   | 
+---------+ 
pod "mysql-client" deleted 

 或者：

root@k8s-master1:~/kubernetes/mysql# kubectl run -it --rm --image=mysql:5.7 --restart=Never mysql-client -- mysql -h mysql-read 
If you don't see a command prompt, try pressing enter. 
Welcome to the MySQL monitor.  Commands end with ; or \g. 
Your MySQL connection id is 7251 
Server version: 5.7.36 MySQL Community Server (GPL) 
 
Copyright (c) 2000, 2021, Oracle and/or its affiliates. 
 
Oracle is a registered trademark of Oracle Corporation and/or its 
affiliates. Other names may be trademarks of their respective 
owners. 
 
Type 'help;' or '\h' for help. Type '\c' to clear the current input statement. 
 
mysql> SELECT * FROM test.messages; 
+---------+ 
| message | 
+---------+ 
| hello   | 
+---------+ 
1 row in set (0.00 sec) 
 
mysql>