【Linux39-13】Kubernetes存储之使用 StatefulSet 部署 MySQL 主从集群

一、部署原理

使用 StatefulSet 部署 MySQL 官方文档：https://kubernetes.io/zh/docs/tasks/run-application/run-replicated-stateful-application/

二、部署 MySQL

Kubernetes 的集群：
master：server2
node：server3、server4

准备：

• 拥有一个 Kubernetes 的集群
• 带有默认StorageClass的动态持续卷供应程序（或自己静态的提供持久卷来满足这里使用的持久卷请求）

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

2.1 一个 ConfigMap

1.创建目录：/root/volumes/StatefulSet/mysql/
cd /root/volumes/StatefulSet/mysql

创建cm：

# configMap.yml 
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 覆盖设置，使你可以独立控制 MySQL 主服务器和从服务器的配置。 在这里，你希望主服务器能够将复制日志提供给副本服务器，并且希望副本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，因而也不会出现不同部分应用于不同的 Pod 的情况。 每个 Pod 都会在初始化时基于 StatefulSet 控制器提供的信息决定要查看的部分。

2.2 两个 Service

master端安装MySQL：

yum install mariadb -y

创建service：

• Headless Service（无头服务）
• MySQL客户端服务
  
  

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mysql
  labels:
    app: mysql
spec:
  ports:
  - name: mysql
    port: 3306
  clusterIP: None
  selector:
    app: mysql
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mysql-read
  labels:
    app: mysql
spec:
  ports:
  - name: mysql
    port: 3306
  selector:
    app: mysql

这个无头服务给 StatefulSet 控制器为集合中每个 Pod 创建的 DNS 条目提供了一个宿主。 因为服务名为 mysql，所以可以通过在同一 Kubernetes 集群和名字中的任何其他 Pod 内解析 <Pod 名称>.mysql 来访问 Pod。

客户端服务称为 mysql-read，是一种常规服务，具有其自己的集群 IP。 该集群 IP 在报告就绪的所有MySQL Pod 之间分配连接。 可能的端点集合包括 MySQL 主节点和所有副本节点。

请注意，只有读查询才能使用负载平衡的客户端服务。 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 （通过其在无头服务中的 DNS 条目）以执行写入操作。

2.3 一个 StatefulSet

所需镜像：（可以提前拉取到Harbor仓库，创建）

• mysql:5.7
• xtrabackup:1.0（参考镜像 ist0ne/xtrabackup:1.0）

kubectl apply -f statefulset.yml

# statefulset.yml
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: 512Mi
        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: 5Gi

kubectl get pod：可以观察到 mysql-0 | 1 | 2 进入Running状态

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

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：

Init 容器成功完成后，应用容器将运行。 MySQL Pod 由运行实际 mysqld 服务的 mysql 容器和充当 辅助工具 的 xtrabackup 容器组成。

xtrabackup sidecar 容器查看克隆的数据文件，并确定是否有必要在副本服务器上初始化 MySQL 复制。 如果是这样，它将等待 mysqld 准备就绪，然后使用从 XtraBackup 克隆文件中提取的复制参数 执行 CHANGE MASTER TO 和 START SLAVE 命令。

一旦副本服务器开始复制后，它会记住其 MySQL 主服务器，并且如果服务器重新启动或 连接中断也会自动重新连接。 另外，因为副本服务器会以其稳定的 DNS 名称查找主服务器（mysql-0.mysql）， 即使由于重新调度而获得新的 Pod IP，它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，处理其数据克隆请求。 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

三、主从测试

发送客户端请求：

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 )。

[root@server2 mysql]# kubectl run mysql-client --image=mysql:5.7 -it -- bash
If you don't see a command prompt, try pressing enter.

root@mysql-client:/# mysql -h mysql-0.mysql

mysql> create database redhat;
mysql> show databases;

通过访问mysql-read来查看创建的数据库是否在从库创建：

[root@server2 mysql]# kubectl attach mysql-client -it

root@mysql-client:/# mysql -h 10.106.15.122

mysql> show databases;

可以看出从库复制了主库的操作。

也可以直接访问从库：

[root@server2 mysql]# kubectl attach mysql-client -it

root@mysql-client:/# mysql -h mysq-1.mysql

mysql> show databases;

[root@server2 mysql]# kubectl attach mysql-client -it

root@mysql-client:/# mysql -h mysq-2.mysql

mysql> show databases;

可以看出两个从库均复制了主库的操作。

此时mysql主从集群部署完成。

最后将 statefulset.yml 的副本数设置为0，kubectl apply -f statefulset.yaml