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無狀態(tài)應(yīng)用在 Kubernetes 中的使用非常方便，但是對于一些有狀態(tài)應(yīng)用部署還是相對較麻煩，雖然也有單獨(dú)的 StatefulSets 資源對象來處理有狀態(tài)應(yīng)用，但是畢竟不具有通用性，有狀態(tài)應(yīng)用的編排和具體的應(yīng)用息息相關(guān)，比如 MongoDB、ElasticSearch、Redis、Zookeeper 等應(yīng)用。我們這里不再對 StatefulSets 的具體使用展開介紹了，將通過部署一個可擴(kuò)展的 MongoDB 集群為例進(jìn)行說明。

首先我們運(yùn)行一個 DaemonSet 的控制器來管理節(jié)點(diǎn)，禁用巨頁，因?yàn)?MongoDB 是建議關(guān)閉掉 Transparent Hugepage 的，否則可能導(dǎo)致性能下降，內(nèi)存鎖，甚至系統(tǒng)重啟等問題，當(dāng)然最好的還是只調(diào)整 MongoDB 的 Pod 所在的節(jié)點(diǎn)：

# hostvm-ds.yamlapiVersion: apps/v1kind: DaemonSetmetadata:  name: hostvm-configurer  labels:    app: startup-scriptspec:  selector:    matchLabels:      app: startup-script  template:    metadata:      labels:        app: startup-script    spec:      hostPID: true      containers:      - name: hostvm-configurer        image: cnych/startup-script:v1        securityContext:          privileged: true        env:        - name: STARTUP_SCRIPT          value: |            #! /bin/bash            set -o errexit            set -o pipefail            set -o nounset                        # Disable hugepages            echo 'never' > /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/enabled            echo 'never' > /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/defrag

然后配置 ServiceAccount、Headless SVC 和 StatefulSet，資源清單文件如下所示：

# mongo.yamlapiVersion: v1kind: Namespacemetadata:  name: mongo---apiVersion: v1kind: ServiceAccountmetadata:  name: mongo  namespace: mongo---apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1kind: ClusterRoleBindingmetadata:  name: mongosubjects:  - kind: ServiceAccount    name: mongo    namespace: mongoroleRef:  kind: ClusterRole  name: cluster-admin  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io---apiVersion: v1kind: Servicemetadata: name: mongo namespace: mongo labels:   name: mongospec: ports: - port: 27017   targetPort: 27017 clusterIP: None selector:   role: mongo---apiVersion: apps/v1kind: StatefulSetmetadata:  name: mongo  namespace: mongospec:  serviceName: mongo  replicas: 3  selector:    matchLabels:      role: mongo      environment: staging  template:    metadata:      labels:        role: mongo        environment: staging        replicaset: MainRepSet    spec:      affinity:        podAntiAffinity:  # 添加 Pod 反親和性，將副本打散在不同的節(jié)點(diǎn)          preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:  # 軟策略          - weight: 100            podAffinityTerm:              labelSelector:                matchExpressions:                - key: replicaset                  operator: In                  values:                  - MainRepSet              topologyKey: kubernetes.io/hostname      terminationGracePeriodSeconds: 10      serviceAccountName: mongo      containers:        - name: mongo          image: mongo:4.0          command:            - mongod            - "--wiredTigerCacheSizeGB"            - "0.25"            - "--bind_ip"            - "0.0.0.0"            - "--replSet"            - MainRepSet            - "--smallfiles"            - "--noprealloc"          ports:            - containerPort: 27017          volumeMounts:            - name: mongo-data              mountPath: /data/db          resources:            requests:              cpu: 1              memory: 2Gi        - name: mongo-sidecar          image: cvallance/mongo-k8s-sidecar          env:            - name: MONGO_SIDECAR_POD_LABELS              value: "role=mongo,environment=staging"            - name: KUBE_NAMESPACE              value: "mongo"            - name: KUBERNETES_MONGO_SERVICE_NAME              value: "mongo"  volumeClaimTemplates:  - metadata:      name: mongo-data    spec:      accessModes: [ "ReadWriteOnce" ]      storageClassName: rook-ceph-block  # 提供一個可用的 Storageclass      resources:        requests:          storage: 10Gi

這里我們給 Mongo 的 Pod 添加了一個 sidecar 容器，主要用于副本集的配置，該 sidecar 會每5s檢查一次新成員。通過幾個環(huán)境變量配置指定了 Pod 的標(biāo)簽、命名空間和 Service。

為了保證應(yīng)用的穩(wěn)定性，我們通過 podAntiAffinity 指定了 Pod 的反親和性，這樣可以保證不會有兩個副本出現(xiàn)在同一個節(jié)點(diǎn)上。

此外需要提供一個可用的 StorageClass，這樣可以保證不同的副本數(shù)據(jù)持久化到不同的 PV。

直接運(yùn)行上面的兩個資源清單文件即可：

$ kubectl apply -f hostvm-ds.yaml$ kubectl apply -f mongo.yaml

部署完成后可以通過如下命令檢查應(yīng)用運(yùn)行狀態(tài)：

$ kubectl -n mongo get allkubectl -n mongo get allNAME          READY   STATUS              RESTARTS   AGEpod/mongo-0   2/2     Running             0          28mpod/mongo-1   2/2     Running             0          23mpod/mongo-2   2/2     Running             0          16m
NAME            TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)     AGEservice/mongo   ClusterIP   None                 27017/TCP   51m
NAME                     READY   AGEstatefulset.apps/mongo   3/3     28m

由于我們這里的 Service 是無頭服務(wù)，沒有 ClusterIP，也沒有 ExternalIP，這個 Service 會直接解析到 Pod 的 IP 列表，當(dāng)應(yīng)用完全部署到 Kubernetes 集群上后，我們就可以按照不同的節(jié)點(diǎn)來進(jìn)行訪問了：

Node-0: mongo-0.mongo.mongo.svc.cluster.local:27017Node-1: mongo-1.mongo.mongo.svc.cluster.local:27017Node-2: mongo-2.mongo.mongo.svc.cluster.local:27017

當(dāng)然如果想從集群外部訪問 mongo，可以為這些 Pod 部署一些內(nèi)部的負(fù)載均衡器，或者使用 nginx-ingress、traefik 這些 Ingress 控制器來創(chuàng)建 Ingress 暴露出去。

我們集群中部署了 Traefik v2.2 版本，該版本是支持 TCP 服務(wù)的，我們可以通過創(chuàng)建一個如下所示的 IngressRoute 對象來暴露 mongo 服務(wù)：

# ingressroute-tcp.yamlapiVersion: traefik.containo.us/v1alpha1kind: IngressRouteTCPmetadata:  name: mongo  namespapce: mongospec:  entryPoints:  - mongo  # 需要通過靜態(tài)方式開啟 mongo 的入口點(diǎn)  routes:  - match: HostSNI(`*`)    services:    - name: mongo      port: 27017

由于 Traefik 暴露 TCP 服務(wù)需要 SNI 的支持，我們這里沒有指定特定的域名，所以需要通過一個專門的入口點(diǎn) mongo 來暴露，需要在 Traefik 中聲明并開啟這個入口點(diǎn)，類似于下面的這樣靜態(tài)配置：

......- name: mongo  containerPort: 27017  hostPort: 27017args:- --entryPoints.mongo.address=:27017......

直接運(yùn)行上面的 IngressRouteTCP 對象即可：

$ kubectl apply -f ingressroute-tcp.yaml -n mongo

需要注意的是，應(yīng)用程序至少要知道一個當(dāng)前正在運(yùn)行的 mongo 節(jié)點(diǎn)，這樣才可以發(fā)現(xiàn)所有其他節(jié)點(diǎn)。

我這里本地是 Mac 系統(tǒng)，使用的是 Robo 3T 作為 mongo 客戶端，連接到其中一個節(jié)點(diǎn)并運(yùn)行 rs.status() 后，我們可以查看到副本集的詳細(xì)信息，并檢查其他兩個 Pod 是否被配置并自動連接到副本集上。

在成員列表中也可以看到每個成員的 FQDN 名稱和狀態(tài)，不過需要注意的是 FQDN 只能在 Kubernetes 集群內(nèi)部訪問：

現(xiàn)在我們可以對 Mongo 進(jìn)行擴(kuò)容，以檢查新的 Pod 是否被添加到副本集中去：

$ kubectl -n mongo scale statefulsets mongo --replicas=4statefulset.apps/mongo scaled$ kubectl -n mongo get pods -o wideNAME      READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP             NODE         NOMINATED NODE   READINESS GATESmongo-0   2/2     Running   0          32m     10.244.8.29    ydzs-node6   <none>           <none>mongo-1   2/2     Running   0          27m     10.244.7.175   ydzs-node5   <none>           <none>mongo-2   2/2     Running   0          20m     10.244.2.175   ydzs-node2   <none>           <none>mongo-3   2/2     Running   0          4m29s   10.244.3.95    ydzs-node3   <none>           <none>

由于上面我們配置了 Pod 的反親和性，但是是軟策略，所以4個 Pod 會經(jīng)量分散到不同的節(jié)點(diǎn)上。擴(kuò)容后同樣新的 Pod 也會自動提供一個持久券：

$ kubectl -n mongo get pvcNAME                 STATUS   VOLUME                                     CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS      AGEmongo-data-mongo-0   Bound    pvc-ac306842-f6a9-413c-bf92-576dd6a3b092   10Gi       RWO            rook-ceph-block   56mmongo-data-mongo-1   Bound    pvc-d319e5d2-ac99-4a2b-898c-feb4bdf0f256   10Gi       RWO            rook-ceph-block   27mmongo-data-mongo-2   Bound    pvc-fc8ded1d-0649-4b64-963e-0b9e2fc1f27d   10Gi       RWO            rook-ceph-block   21mmongo-data-mongo-3   Bound    pvc-762b4b91-432e-4409-8d8f-e3e809d6a159   10Gi       RWO            rook-ceph-block   4m51s

現(xiàn)在我們再去Robo 3T 客戶端重新執(zhí)行 rs.status() 檢查新的 Pod ?是否被添加到副本集中了：

新增的 Pod 與之前的成員都采用相同的 FQDN 方案，并同步到同一個 Primary 節(jié)點(diǎn)去。

到這里我們就成功地將 MongoDB 部署到了 Kubernetes 集群，而且還是可伸縮的。后續(xù)我們還可以考慮針對應(yīng)用部署 VPA，或者增加一些網(wǎng)絡(luò)策略或 Istio 來控制應(yīng)用，當(dāng)然這種方式整體來說是可行的，但是可維護(hù)性還不是非常高，如果可以，我們應(yīng)該去根據(jù)自己的業(yè)務(wù)需求開發(fā)對應(yīng)的 Operator，或者使用第三方高質(zhì)量的 Operator 來編排 MongoDB。

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在 Kubernetes 上編排 MongoDB 集群