Kubernetes-部署高可用的MySQL

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1、MySQL简介

MySQL 是一个开源的关系型数据库管理系统,使用标准的sql语言,由瑞典 MySQL AB 公司开发,当前属于 Oracle 公司。能够 支持大型的数据库,可以处理上千万条的数据记录。可以运行于在Windows、Linux等多种系统上;支持C、C++、Python、Java、Perl、PHP、Eiffel、Ruby和Tcl等编程语言。对于32位系统,MySQL的表文件最大可支持4GB,对于64位系统,MySQL支持最大的表文件为8TB。

2、MySQL的高可用方案

本文的MySQL高可用方案为主从复制+读写分离,即由单一的master和多个slave所构成。其中,客户端通过master对数据库进行写操作,通过slave端进行读操作。master出现问题后,可以将应用切换到slave端。 此方案是MySQL官方提供的一种高可用解决方案,节点间的数据同步采用MySQL Replication技术。

MySQL Replication从一个MySQL数据库服务器(master)的数据复制到一个或多个MySQL数据库服务器(slave)。在默认情况下,复制是异步的;slave不需要一直接收来自主机的更新。根据配置,可以复制数据库中的所有数据库、选定的数据库,或者特定的表。

MySQL中复制的优点包括:

  • 扩容解决方案:在多个slave之间扩展负载以提高性能。在这种模式下,所有的写入和更新操作都必须在主服务器上进行。然而,读取操作通过slave镜像。该模型可以提高写入操作的性能,同时,也能够通过增加slave的节点数量,从而显著地提升读取速度。
  • 数据安全:数据从master被复制到slave,并且slave可以暂停复制过程。因此,可以在不损坏master的情况下,在slave上运行备份服务。
  • 分析:现场数据可以在master上创建,而对信息的分析可以在slave进行,而不影响master的性能。
  • 远程数据分发:可以使用复制为远程站点创建本地数据的副本,而不必一直通过访问master。

此高可用的解决方案适用于对数据实时性要求不是特别严格的场景,在使用时可以通过廉价的硬件来扩展slave的节点数量,将读压力分散到多台slave的机器上面。此方案能够在很大的程度上解决数据库读取数据的压力瓶颈问题,这是因为在大多的应用系统中,读压力要比写压力大很多多。

3、安装部署

3.1 环境要求

  • 已有Kubernetes 1.6+环境;
  • 在Kubernetes中提供多个(具体数量根据有状态副本集的个数而定)容量大于10g的持久化存储卷。

3.2 部署MySql

此示例由一个ConfigMap、两个Service和一个StatefulSet所组成。

3.2.1 创建ConfigMap

通过YAML文件创建名为mysql的ConfigMap:

$ kubectl create -f {path}/mysql-configmap.yaml --namespace=kube-public 
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: mysql
  labels:
    app: mysql
data:
  master.cnf: |
    # Apply this config only on the master.
    [mysqld]
    log-bin
    log_bin_trust_function_creators=1
    lower_case_table_names=1
  slave.cnf: |
    # Apply this config only on slaves.
    [mysqld]
    super-read-only
    log_bin_trust_function_creators=1

3.2.2 创建Services

通过yaml文件创建mysql和mysql-read这两个Service:

$ kubectl create -f {path}/mysql-services.yaml --namespace=kube-public 
# 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

StatefulSet控制器为Pod创建了一个DNS条目,而Headless服务为DNS条目提供一个主机。因为Headless服务的名称为mysql,其他Pod通过<pod-name>.mysql访问此Pod。客户端访问被称为mysql-read,客户端服务通过访问mysql-read读取数据。通过连接myql执行写入数据的操作。

3.2.3 创建StatefulSet

通过yaml文件创建名为mysql的StatefulSet:

$ kubectl create -f {path}/mysql-statefulset.yaml --namespace=kube-public 
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 ]]; then
            # XtraBackup already generated a partial "CHANGE MASTER TO" query
            # because we're cloning from an existing slave.
            mv xtrabackup_slave_info change_master_to.sql.in
            # Ignore xtrabackup_binlog_info in this case (it's useless).
            rm -f 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 xtrabackup_binlog_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"
            # In case of container restart, attempt this at-most-once.
            mv change_master_to.sql.in change_master_to.sql.orig
            mysql -h 127.0.0.1 <<EOF
          $(<change_master_to.sql.orig),
            MASTER_HOST='mysql-0.mysql',
            MASTER_USER='root',
            MASTER_PASSWORD='',
            MASTER_CONNECT_RETRY=10;
          START SLAVE;
          EOF
          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

通过执行如下的命令可以查看启动过程:

$ kubectl get pods -l app=mysql --watch --namespace=kube-public

在启动后,应该能够看到如下的信息:

4、理解有状态Pod的初始化

StatefulSet控制器按Pod的序号索引一次启动一个Pod,控制器每个Pod指派一个唯一的、稳定的名称,名称的格式为<statefulset-name>-<ordinal-index>。在此示例中,Pod的名称为mysql-0,此节点为master主节点;mysql-1和mysql-2,这两个节点为slave从节点。

4.1 创建配置文件

在开始启动Pod规格中的任何容器之前,Pod首先会按照YAML配置中定义的顺序运行初始化容器。

第一个初始化容器为init-mysql,将以顺序索引创建MySQL配置文件。

脚本从Pod名称的结尾处获取并确定它的顺序索引,顺序索引通过hostname命令获取。然后,它会按照顺序保存在conf.d目录下的server-id.cnf文件中。此行为将StatefulSet控制器提供的唯一和稳定的身份标识转为mysql服务Id的域。在init-mysql容器中,脚本使用来自于ConfigMap中master.cnf或slave.cnf。

在此例子的拓扑关系中,存在一个MySQL master节点和多个MySQL slave节点,脚本简单的指派顺序0给主节点。这能够保证MySQL主节点在创建从节点之前就已经准备就绪。

4.2 克隆已存在的数据

一般来说,当一个新的Pod加入进来作为从节点时,必须假设MySQL master已经有关于它的数据。也假设slave副本的日志必须重新开始的。这些假设对于StatefulSet的扩缩容是很关键。

第二个初始化容器是clone-mysql,它在空的PersistentVolume上执行克隆从节点Pod的行为。这意味着它将从已在运行的Pod中拷贝数据,因此,它的当前状态能够与从master开始的副本节点一致。

MySQL自身并没有提供能够做到上述能力的机制,因此,此例子使用开源的Percona XtraBackup工具来实现。在克隆的过程中,为了对MySQL主节点影响的最小化,脚本会要求每一个新的Pod从顺序索引值小的Pod中进行克隆。这样做的原因是,StatefulSet控制器需要一直保证Pod N需要在Pod N+1之前准备就绪。

4.3 启动副本

在初始化容器完成后,容器将正常运行。MySQL Pod由运行实际mysqld服务的MySQL容器组成,xtrabacekup容器只是作为备份的工具。xtrabackup负责监控克隆数据文件,并确定是否在从节点初始化MySQL副本。如果需要,它将等待MySQL就绪,然后执行 CHANGE MASTER TO和START SLAVE命令。

一旦一个从节点开始复制,它将记住MySQL master,并自动进行重新连接,因为从节点寻找主节点作为稳定DNS名称(mysql-0.mysql),它们自动的发现主节点。最后,在启动副本后,xtrabackup容器也监听来自于其它Pod对数据克隆的请求。

5、MySQL部署环境验证

1)通过运行一个临时的容器(使用mysql:5.7镜像),使用MySQL 客户端发送测试请求给MySQL master节点(主机名为mysql-0.mysql;跨命名空间的话,主机名请使用mysql-0.mysql.kube-public)

$ kubectl run mysql-client --image=mysql:5.7 -it --rm --restart=Never -- mysql -h mysql-0.mysql.kube-public
CREATE DATABASE demo; 
CREATE TABLE demo.messages (message VARCHAR(250)); 
INSERT INTO demo.messages VALUES ('hello');

在master节点上创建demo数据库,并创建一个只有message字段的demo.messages的表,并为message字段插入hello值。

2)使用主机名为mysql-read来发送测试请求给服务器:

$ kubectl run mysql-client --image=mysql:5.7 -i -t --rm --restart=Never -- mysql -h mysql-read.kube-public

 

6、扩容slave的数量

1)对于mysql副本,通过添加从节点进行扩容。

$ kubectl scale statefulset mysql --replicas=5 --namespace=kube-public 

2)通过下面的命令查看新的Pod:

$ kubectl get pods -l app=mysql --watch --namespace=kube-public 

 

3)缩容也是无缝的:

$ kubectl scale statefulset mysql --replicas=3 --namespace=kube-public

参考资料

  1. 《mysql教程》地址:http://www.runoob.com/mysql/mysql-tutorial.html
  2. 《Replication》地址:https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/replication.html
  3. 《Replication Solutions》地址:https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/replication-solutions.html
  4. 《MySQL Master-Slave Replication on the Same Machine》地址:https://www.toptal.com/mysql/mysql-master-slave-replication-tutorial
  5. 《Run a Replicated Stateful Application》地址:https://kubernetes.io/docs/tasks/run-application/run-replicated-stateful-application/

作者简介:
季向远,北京神舟航天软件技术有限公司产品经理。本文版权归原作者所有。

来源: https://www.kubernetes.org.cn/3985.html

 



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