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运行一个有状态的应用程序
该页面显示如何使用StatefulSet 控制器去运行一个有状态的应用程序。此例是一主多从的 MySQL 集群。
请注意 这不是生产配置。 重点是, MySQL 设置保留在不安全的默认值上,使重点放在 Kubernetes 中运行有状态应用程序的常规模式。
准备开始
你必须拥有一个 Kubernetes 的集群,同时你的 Kubernetes 集群必须带有 kubectl 命令行工具。 如果你还没有集群,你可以通过 Minikube 构建一 个你自己的集群,或者你可以使用下面任意一个 Kubernetes 工具构建:
要获知版本信息,请输入kubectl version
.您需要有一个带有默认StorageClass的动态持续卷供应程序,或者自己静态的提供持久卷来满足这里使用的持久卷请求。
- 本教程假定您熟悉 PersistentVolumes 与 StatefulSets, 以及其他核心概念,例如Pods, Services, 与 ConfigMaps.
- 熟悉 MySQL 会有所帮助,但是本教程旨在介绍对其他系统应该有用的常规模式。
教程目标
- 使用 StatefulSet 控制器部署复制的 MySQL 拓扑。
- 发送 MySQL 客户端流量。
- 观察对宕机的抵抗力。
- 缩放 StatefulSet 的大小。
部署 MySQL
部署 MySQL 示例,包含一个 ConfigMap,两个 Services,与一个 StatefulSet。
ConfigMap
从以下的 YAML 配置文件创建 ConfigMap :
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
kubectl apply -f https://k8s.io/examples/application/mysql/mysql-configmap.yaml
这个 ConfigMap 提供 my.cnf
覆盖,使您可以独立控制 MySQL 主服务器和从服务器的配置。
在这种情况下,您希望主服务器能够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。
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。
Services
从以下 YAML 配置文件创建服务:
# 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
kubectl apply -f https://k8s.io/examples/application/mysql/mysql-services.yaml
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 <pod-name>.mysql
来访问 Pod。
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
最后,从以下 YAML 配置文件创建 StatefulSet:
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 [[ $ordinal -eq 0 ]]; then
cp /mnt/config-map/master.cnf /mnt/conf.d/
else
cp /mnt/config-map/slave.cnf /mnt/conf.d/
fi
volumeMounts:
- name: conf
mountPath: /mnt/conf.d
- name: config-map
mountPath: /mnt/config-map
- name: clone-mysql
image: gcr.io/google-samples/xtrabackup:1.0
command:
- bash
- "-c"
- |
set -ex
# Skip the clone if data already exists.
[[ -d /var/lib/mysql/mysql ]] && exit 0
# Skip the clone on master (ordinal index 0).
[[ `hostname` =~ -([0-9]+)$ ]] || exit 1
ordinal=${BASH_REMATCH[1]}
[[ $ordinal -eq 0 ]] && exit 0
# Clone data from previous peer.
ncat --recv-only mysql-$(($ordinal-1)).mysql 3307 | xbstream -x -C /var/lib/mysql
# Prepare the backup.
xtrabackup --prepare --target-dir=/var/lib/mysql
volumeMounts:
- name: data
mountPath: /var/lib/mysql
subPath: mysql
- name: conf
mountPath: /etc/mysql/conf.d
containers:
- name: mysql
image: mysql:5.7
env:
- name: MYSQL_ALLOW_EMPTY_PASSWORD
value: "1"
ports:
- name: mysql
containerPort: 3306
volumeMounts:
- name: data
mountPath: /var/lib/mysql
subPath: mysql
- name: conf
mountPath: /etc/mysql/conf.d
resources:
requests:
cpu: 500m
memory: 1Gi
livenessProbe:
exec:
command: ["mysqladmin", "ping"]
initialDelaySeconds: 30
periodSeconds: 10
timeoutSeconds: 5
readinessProbe:
exec:
# Check we can execute queries over TCP (skip-networking is off).
command: ["mysql", "-h", "127.0.0.1", "-e", "SELECT 1"]
initialDelaySeconds: 5
periodSeconds: 2
timeoutSeconds: 1
- name: xtrabackup
image: gcr.io/google-samples/xtrabackup:1.0
ports:
- name: xtrabackup
containerPort: 3307
command:
- bash
- "-c"
- |
set -ex
cd /var/lib/mysql
# Determine binlog position of cloned data, if any.
if [[ -f xtrabackup_slave_info && "x$(<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: 10Gi
kubectl apply -f https://k8s.io/examples/application/mysql/mysql-statefulset.yaml
您可以通过运行以下命令查看启动进度:
kubectl get pods -l app=mysql --watch
一段时间后,您应该看到所有3个 Pod 都开始运行:
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
mysql-0 2/2 Running 0 2m
mysql-1 2/2 Running 0 1m
mysql-2 2/2 Running 0 1m
输入Ctrl+C取消观察。 如果您看不到任何进度,确保已启用前提条件中提到的动态 PersistentVolume 预配器。
该清单使用多种技术来管理作为 StatefulSet 一部分的有状态 Pod。下一节重点介绍其中一些技巧,以解释 StatefulSet 创建 Pod 时发生的状况。
了解有状态的 Pod 初始化
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 <statefulset-name>-<ordinal-index>
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 首先运行任何初始容器按照定义的顺序。
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。 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。
发送客户端流量
您可以通过运行带有 mysql:5.7
镜像的临时容器并运行 mysql
客户端二进制文件,将测试查询发送到 MySQL 主服务器(主机名 mysql-0.mysql
)。
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
使用主机名 mysql-read
将测试查询发送到任何报告为就绪的服务器:
kubectl run mysql-client --image=mysql:5.7 -i -t --rm --restart=Never --\
mysql -h mysql-read -e "SELECT * FROM test.messages"
您应该获得如下输出:
Waiting for pod default/mysql-client to be running, status is Pending, pod ready: false
+---------+
| message |
+---------+
| hello |
+---------+
pod "mysql-client" deleted
为了演示 mysql-read
服务在服务器之间分配连接,您可以在循环中运行 SELECT @@server_id
:
kubectl run mysql-client-loop --image=mysql:5.7 -i -t --rm --restart=Never --\
bash -ic "while sleep 1; do mysql -h mysql-read -e 'SELECT @@server_id,NOW()'; done"
您应该看到报告的 @@server_id
发生随机变化,因为每次尝试连接时都可能选择了不同的端点:
+-------------+---------------------+
| @@server_id | NOW() |
+-------------+---------------------+
| 100 | 2006-01-02 15:04:05 |
+-------------+---------------------+
+-------------+---------------------+
| @@server_id | NOW() |
+-------------+---------------------+
| 102 | 2006-01-02 15:04:06 |
+-------------+---------------------+
+-------------+---------------------+
| @@server_id | NOW() |
+-------------+---------------------+
| 101 | 2006-01-02 15:04:07 |
+-------------+---------------------+
要停止循环时可以按 Ctrl+C ,但是让它在另一个窗口中运行非常有用,这样您就可以看到以下步骤的效果。
模拟 Pod 和 Node 的宕机时间
为了证明从从节点缓存而不是单个服务器读取数据的可用性提高,请在使 Pod 退出 Ready 状态时,保持 SELECT @@server_id
循环从上面运行。
退出 Readiness Probe
mysql
容器的readiness probe运行命令 mysql -h 127.0.0.1 -e 'SELECT 1'
,以确保服务器已启动并能够执行查询。
迫使 readiness probe 失败的一种方法就是执行该命令:
kubectl exec mysql-2 -c mysql -- mv /usr/bin/mysql /usr/bin/mysql.off
这进入 Pod mysql-2
的实际容器文件系统,并重命名 mysql
命令,以便 readiness probe 无法找到它。
几秒钟后, Pod 会将其中一个容器报告为未就绪,您可以通过运行以下命令进行检查:
kubectl get pod mysql-2
在 就绪
列中查找 1/2
:
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
mysql-2 1/2 Running 0 3m
此时,您应该会看到 SELECT @@server_id
循环继续运行,尽管它不再报告 102
。
回想一下,init-mysql
脚本将 server-id
定义为 100 + $ordinal
,因此服务器 ID 102
对应于 Pod mysql-2
。
现在修复 Pod,几秒钟后它应该重新出现在循环输出中:
kubectl exec mysql-2 -c mysql -- mv /usr/bin/mysql.off /usr/bin/mysql
删除 Pods
如果删除了 Pod,则 StatefulSet 还会重新创建 Pod,类似于 ReplicaSet 对无状态 Pod 所做的操作。
kubectl delete pod mysql-2
StatefulSet 控制器注意到不再存在 mysql-2
Pod,并创建了一个具有相同名称并链接到相同 PersistentVolumeClaim 的新 Pod。
您应该看到服务器 ID 102
从循环输出中消失了一段时间,然后自行返回。
排除 Node
如果您的 Kubernetes 集群具有多个节点,则可以通过发出以下命令drain来模拟节点停机时间(例如升级节点时)。
首先确定 MySQL Pods 之一在哪个节点上:
kubectl get pod mysql-2 -o wide
节点名称应显示在最后一列中:
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE
mysql-2 2/2 Running 0 15m 10.244.5.27 kubernetes-node-9l2t
然后通过运行以下命令耗尽节点,该命令将其封锁,以使新的 Pod 不能在那里调度,然后驱逐任何现有的 Pod。
将 <node-name>
替换为在上一步中找到的 Node 的名称。
这可能会影响节点上的其他应用程序,因此最好 仅在测试集群中执行此操作。
kubectl drain <node-name> --force --delete-local-data --ignore-daemonsets
现在,您可以观察 Pod 在其他节点上的重新安排:
kubectl get pod mysql-2 -o wide --watch
它看起来应该像这样:
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE
mysql-2 2/2 Terminating 0 15m 10.244.1.56 kubernetes-node-9l2t
[...]
mysql-2 0/2 Pending 0 0s <none> kubernetes-node-fjlm
mysql-2 0/2 Init:0/2 0 0s <none> kubernetes-node-fjlm
mysql-2 0/2 Init:1/2 0 20s 10.244.5.32 kubernetes-node-fjlm
mysql-2 0/2 PodInitializing 0 21s 10.244.5.32 kubernetes-node-fjlm
mysql-2 1/2 Running 0 22s 10.244.5.32 kubernetes-node-fjlm
mysql-2 2/2 Running 0 30s 10.244.5.32 kubernetes-node-fjlm
再次,您应该看到服务器 ID 102
从 SELECT @@server_id
循环输出一段时间,然后返回。
现在 uncordon 节点,使其恢复为正常模式:
kubectl uncordon <node-name>
扩展从节点数量
使用 MySQL 复制,您可以通过添加从节点来扩展读取查询的能力。 使用 StatefulSet,您可以使用单个命令执行此操作:
kubectl scale statefulset mysql --replicas=5
查看新的 Pod 的运行情况:
kubectl get pods -l app=mysql --watch
一旦 Pod 启动,您应该看到服务器 IDs 103
和 104
开始出现在 SELECT @@server_id
循环输出中。
您还可以验证这些新服务器在存在之前已添加了数据:
kubectl run mysql-client --image=mysql:5.7 -i -t --rm --restart=Never --\
mysql -h mysql-3.mysql -e "SELECT * FROM test.messages"
Waiting for pod default/mysql-client to be running, status is Pending, pod ready: false
+---------+
| message |
+---------+
| hello |
+---------+
pod "mysql-client" deleted
向下缩放也是不停顿的:
kubectl scale statefulset mysql --replicas=3
但是请注意,按比例放大会自动创建新的 PersistentVolumeClaims,而按比例缩小不会自动删除这些 PVC。 这使您可以选择保留那些初始化的 PVC,以更快地进行缩放,或者在删除它们之前提取数据。
您可以通过运行以下命令查看此信息:
kubectl get pvc -l app=mysql
这表明,尽管将 StatefulSet 缩小为3,所有5个 PVC 仍然存在:
NAME STATUS VOLUME CAPACITY ACCESSMODES AGE
data-mysql-0 Bound pvc-8acbf5dc-b103-11e6-93fa-42010a800002 10Gi RWO 20m
data-mysql-1 Bound pvc-8ad39820-b103-11e6-93fa-42010a800002 10Gi RWO 20m
data-mysql-2 Bound pvc-8ad69a6d-b103-11e6-93fa-42010a800002 10Gi RWO 20m
data-mysql-3 Bound pvc-50043c45-b1c5-11e6-93fa-42010a800002 10Gi RWO 2m
data-mysql-4 Bound pvc-500a9957-b1c5-11e6-93fa-42010a800002 10Gi RWO 2m
如果您不打算重复使用多余的 PVC,则可以删除它们:
kubectl delete pvc data-mysql-3
kubectl delete pvc data-mysql-4
清理现场
通过在终端上按 Ctrl+C 取消
SELECT @@server_id
循环,或从另一个终端运行以下命令:kubectl delete pod mysql-client-loop --now
删除 StatefulSet。这也开始终止 Pod。
kubectl delete statefulset mysql
验证 Pod 消失。 他们可能需要一些时间才能完成终止。
kubectl get pods -l app=mysql
当以上内容返回时,您将知道 Pod 已终止:
No resources found.
删除 ConfigMap,Services 和 PersistentVolumeClaims。
kubectl delete configmap,service,pvc -l app=mysql
- 如果您手动设置 PersistentVolume,则还需要手动删除它们,并释放基础资源。 如果您使用了动态预配器,当得知您删除 PersistentVolumeClaims 时,它将自动删除 PersistentVolumes。 一些动态预配器(例如用于 EBS 和 PD 的预配器)也会在删除 PersistentVolumes 时释放基础资源。
接下来
- 在Helm Charts 存储库中查找其他有状态的应用程序示例。