Kubernetes部署高可用的MySQL

云计算 2023-07-09 宇宙之一粟手机阅读

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: |
    1. Apply this config only on the master.
    [mysqld]
    log-bin
    log_bin_trust_function_creators=1
    lower_case_table_names=1
  slave.cnf: |
    1. 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
---
1. Client service for connecting to any MySQL instance for reads.
1. 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.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