更新时间: 2019-03-25 17:30:33       分类: 学习笔记


今天让我们试着在k8s里部署一个redis集群,了解更多k8s的细节和特性。

环境:minikube v0.30 (kubernetes 1.10)

注:redis-cluster相关的背景知识和细节在此不做赘述,可以参考之前的文章稍作回顾

问题分析

本质上来说,在k8s上部署一个redis集群和部署一个普通应用没有什么太大的区别,但需要注意下面几个问题:

  1. REDIS是一个有状态应用

    这是部署redis集群时我们最需要注意的问题,当我们把redis以pod的形式部署在k8s中时,每个pod里缓存的数据都是不一样的,而且pod的IP是会随时变化,这时候如果使用普通的deployment和service来部署redis-cluster就会出现很多问题,因此需要改用StatefulSet + Headless Service来解决

  2. 数据持久化

    redis虽然是基于内存的缓存,但还是需要依赖于磁盘进行数据的持久化,以便服务出现问题重启时可以恢复已经缓存的数据。在集群中,我们需要使用共享文件系统 + PV(持久卷)的方式来让整个集群中的所有pod都可以共享同一份持久化储存

概念介绍

在开始之前先来详细介绍一下几个概念和原理

Headless Service

简单的说,Headless Service就是没有指定Cluster IP的Service,相应的,在k8s的dns映射里,Headless Service的解析结果不是一个Cluster IP,而是它所关联的所有Pod的IP列表

StatefulSet

StatefulSet是k8s中专门用于解决有状态应用部署的一种资源,总的来说可以认为它是Deployment/RC的一个变种,它有以下几个特性:

  1. StatefulSet管理的每个Pod都有唯一的文档/网络标识,并且按照数字规律生成,而不是像Deployment中那样名称和IP都是随机的(比如StatefulSet名字为redis,那么pod名就是redis-0, redis-1 ...)

  2. StatefulSet中ReplicaSet的启停顺序是严格受控的,操作第N个pod一定要等前N-1个执行完才可以

  3. StatefulSet中的Pod采用稳定的持久化储存,并且对应的PV不会随着Pod的删除而被销毁

另外需要说明的是,StatefulSet必须要配合Headless Service使用,它会在Headless Service提供的DNS映射上再加一层,最终形成精确到每个pod的域名映射,格式如下:

$(podname).$(headless service name)

有了这个映射,就可以在配置集群时使用域名替代IP,实现有状态应用集群的管理

方案

借助StatefulSet和Headless Service,集群的部署方案设计如下(图片来自参考文章):

配置步骤大概罗列如下:

  1. 配置共享文件系统NFS
  2. 创建PV和PVC
  3. 创建ConfigMap
  4. 创建Headless Service
  5. 创建StatefulSet
  6. 初始化redis集群

实际操作

由于使用的是minikube的单node环境,为了简化复杂度,这次先不配置PV和PVC,直接通过普通Volume的方式来挂载数据

创建ConfigMap

先创建redis.conf配置文件

appendonly yes
cluster-enabled yes
cluster-config-file /var/lib/redis/nodes.conf
cluster-node-timeout 5000
dir /var/lib/redis
port 6379

然后kubectl create configmap redis-conf --from-file=redis.conf来创建ConfigMap

创建HeadlessService

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: redis-service
  labels:
    app: redis
spec:
  ports:
  - name: redis-port
    port: 6379
  clusterIP: None
  selector:
    app: redis
    appCluster: redis-cluster

创建StatefulSet

apiVersion: apps/v1beta1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: redis-app
spec:
  serviceName: "redis-service"
  replicas: 6
  template:
    metadata:
      labels:
        app: redis
        appCluster: redis-cluster
    spec:
      terminationGracePeriodSeconds: 20
      affinity:
        podAntiAffinity:
          preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - weight: 100
            podAffinityTerm:
              labelSelector:
                matchExpressions:
                - key: app
                  operator: In
                  values:
                  - redis
              topologyKey: kubernetes.io/hostname
      containers:
      - name: redis
        image: "registry.cn-qingdao.aliyuncs.com/gold-faas/gold-redis:1.0"
        command:
          - "redis-server"
        args:
          - "/etc/redis/redis.conf"
          - "--protected-mode"
          - "no"
        resources:
          requests:
            cpu: "100m"
            memory: "100Mi"
        ports:
            - name: redis
              containerPort: 6379
              protocol: "TCP"
            - name: cluster
              containerPort: 16379
              protocol: "TCP"
        volumeMounts:
          - name: "redis-conf"
            mountPath: "/etc/redis"
          - name: "redis-data"
            mountPath: "/var/lib/redis"
      volumes:
      - name: "redis-conf"
        configMap:
          name: "redis-conf"
          items:
            - key: "redis.conf"
              path: "redis.conf"
      - name: "redis-data"
        emptyDir: {} 

初始化redis集群

StatefulSet创建完毕后,可以看到6个pod已经启动了,但这时候整个redis集群还没有初始化,需要使用官方提供的redis-trib工具。

我们当然可以在任意一个redis节点上运行对应的工具来初始化整个集群,但这么做显然有些不太合适,我们希望每个节点的职责尽可能地单一,所以最好单独起一个pod来运行整个集群的管理工具。

在这里需要先介绍一下redis-trib,它是官方提供的redis-cluster管理工具,可以实现redis集群的创建、更新等功能,在早期的redis版本中,它是以源码包里redis-trib.rb这个ruby脚本的方式来运作的(pip上也可以拉到python版本,但我运行失败),现在(我使用的5.0.3)已经被官方集成进redis-cli中。

开始初始化集群,首先在k8s上创建一个ubuntu的pod,用来作为管理节点:

kubectl run -i --tty redis-cluster-manager --image=ubuntu --restart=Never /bin/bash

进入pod内部先安装一些工具,包括wget,dnsutils,然后下载和安装redis:

wget http://download.redis.io/releases/redis-5.0.3.tar.gz
tar -xvzf redis-5.0.3.tar.gz
cd redis-5.0.3.tar.gz && make

编译完毕后redis-cli会被放置在src目录下,把它放进/usr/local/bin中方便后续操作

接下来要获取已经创建好的6个节点的host ip,可以通过nslookup结合StatefulSet的域名规则来查找,举个例子,要查找redis-app-0这个pod的ip,运行如下命令:

root@redis-cluster-manager:/# nslookup redis-app-0.redis-service
Server:		10.96.0.10
Address:	10.96.0.10#53

Name:	redis-app-0.redis-service.gold.svc.cluster.local
Address: 172.17.0.10

172.17.0.10就是对应的ip。这次部署我们使用0,1,2作为Master节点;3,4,5作为Slave节点,先运行下面的命令来初始化集群的Master节点:

redis-cli --cluster create 172.17.0.10:6379 172.17.0.11:6379 172.17.0.12:6379

然后给他们分别附加对应的Slave节点,这里的cluster-master-id在上一步创建的时候会给出:

redis-cli --cluster add-node 172.17.0.13:6379 172.17.0.10:6379 --cluster-slave --cluster-master-id adf443a4d33c4db2c0d4669d61915ae6faa96b46
redis-cli --cluster add-node 172.17.0.14:6379 172.17.0.11:6379 --cluster-slave --cluster-master-id 6e5adcb56a871a3d78343a38fcdec67be7ae98f8
redis-cli --cluster add-node 172.17.0.16:6379 172.17.0.12:6379 --cluster-slave --cluster-master-id c061e37c5052c22f056fff2a014a9f63c3f47ca0

集群初始化后,随意进入一个节点检查一下集群信息:

至此,集群初始化完毕,我们进入一个节点来试试,注意在集群模式下redis-cli必须加上-c参数才能够访问其他节点上的数据:

创建Service

现在进入redis集群中的任意一个节点都可以直接进行操作了,但是为了能够对集群其他的服务提供访问,还需要建立一个service来实现服务发现和负载均衡(注意这里的service和我们之前创建的headless service不是一个东西)

yaml文件如下:

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: gold-redis
  labels:
    app: redis
spec:
  ports:
  - name: redis-port
    protocol: "TCP"
    port: 6379
    targetPort: 6379
  selector:
    app: redis
    appCluster: redis-cluster

部署完做个测试:

很nice,到这里所有的工作就完毕了~

参考文章:


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