k8s部署redis集群-低调大师

k8s部署redis集群

2023-01-31 341

部署一个多主多从的redis集群

准备

采用StatefulSet部署有状态服务

StatefulSet介绍

StatefulSet是deployment的一种变体。管理所有有状态的服务，拥有固定的pod名称，启停顺序，还需要用到共享存储。
deployment对应的服务是service

StatefulSet对应的服务是headless service，无头服务与service的区别是没有Cluster IP，解析他的名称时返回改headless service对应的全部pod的endpoint列表。

此外StatefulSet在无头服务的基础上，为对应的所有pod创建了一个DNS域名，域名的格式为：

$(podname).(headless server name)   
FQDN： $(podname).(headless server name).namespace.svc.cluster.local

即，对于有状态服务，我们最好使用固定的网络标识（如域名信息）来标记节点，当然这也需要应用程序的支持（如Zookeeper就支持在配置文件中写入主机域名）。
StatefulSet基于Headless Service（即没有Cluster IP的Service）为Pod实现了稳定的网络标志（包括Pod的hostname和DNS Records），在Pod重新调度后也保持不变。同时，结合PV/PVC，StatefulSet可以实现稳定的持久化存储，就算Pod重新调度后，还是能访问到原先的持久化数据。
以下为使用StatefulSet部署Redis的架构，无论是Master还是Slave，都作为StatefulSet的一个副本，并且数据通过PV进行持久化，对外暴露为一个Service，接受客户端请求

部署过程

基于StatefulSet的Redis创建步骤：

1.创建NFS存储
2.创建PV
3.创建PVC
4.创建Configmap
5.创建headless服务
6.创建Redis StatefulSet
7.初始化Redis集群

1.创建NFS存储

创建NFS存储主要是为了给Redis提供稳定的后端存储，当Redis的Pod重启或迁移后，依然能获得原先的数据。这里，我们先要创建NFS，然后通过使用PV为Redis挂载一个远程的NFS路径。

安装NFS

yum -y install nfs-utils（主包提供文件系统）
yum -y install rpcbind（提供rpc协议）

然后，新增/etc/exports文件，用于设置需要共享的路径：

cat > /etc/exports << EOF
/ssd/nfs/k8s/redis/pv1 192.168.10.0/24(rw,sync,no_root_squash)
/ssd/nfs/k8s/redis/pv2 192.168.10.0/24(rw,sync,no_root_squash)
/ssd/nfs/k8s/redis/pv3 192.168.10.0/24(rw,sync,no_root_squash)
/ssd/nfs/k8s/redis/pv4 192.168.10.0/24(rw,sync,no_root_squash)
/ssd/nfs/k8s/redis/pv5 192.168.10.0/24(rw,sync,no_root_squash)
/ssd/nfs/k8s/redis/pv6 192.168.10.0/24(rw,sync,no_root_squash)
 
EOF

创建相应目录

mkdir -p /ssd/nfs/k8s/redis/pv{1..6}

接着，启动NFS和rpcbind服务：

systemctl restart rpcbind
 
systemctl restart nfs
 
systemctl enable nfs
 
[root@itrainning-149 ~]# exportfs -v
/ssd/nfs/logdmtm
		192.168.10.75(sync,wdelay,hide,no_subtree_check,sec=sys,rw,secure,root_squash,all_squash)
/ssd/nfs/logdmtm
		192.168.10.7(sync,wdelay,hide,no_subtree_check,sec=sys,rw,secure,root_squash,all_squash)
/ssd/nfs/k8s/redis/pv1
		192.168.10.0/24(sync,wdelay,hide,no_subtree_check,sec=sys,rw,secure,no_root_squash,no_all_squash)
/ssd/nfs/k8s/redis/pv2
		192.168.10.0/24(sync,wdelay,hide,no_subtree_check,sec=sys,rw,secure,no_root_squash,no_all_squash)
/ssd/nfs/k8s/redis/pv3
		192.168.10.0/24(sync,wdelay,hide,no_subtree_check,sec=sys,rw,secure,no_root_squash,no_all_squash)
/ssd/nfs/k8s/redis/pv4
		192.168.10.0/24(sync,wdelay,hide,no_subtree_check,sec=sys,rw,secure,no_root_squash,no_all_squash)
/ssd/nfs/k8s/redis/pv5
		192.168.10.0/24(sync,wdelay,hide,no_subtree_check,sec=sys,rw,secure,no_root_squash,no_all_squash)
/ssd/nfs/k8s/redis/pv6
		192.168.10.0/24(sync,wdelay,hide,no_subtree_check,sec=sys,rw,secure,no_root_squash,no_all_squash)
/ssd/nfs/logmetlife
		<world>(sync,wdelay,hide,no_subtree_check,sec=sys,rw,secure,root_squash,all_squash)

客户端

yum -y install nfs-utils

查看存储端共享

[root@work75 ~]# showmount -e 192.168.0.149
Export list for 192.168.0.149:
/ssd/nfs/logmetlife    *
/ssd/nfs/k8s/redis/pv6 192.168.10.0/24
/ssd/nfs/k8s/redis/pv5 192.168.10.0/24
/ssd/nfs/k8s/redis/pv4 192.168.10.0/24
/ssd/nfs/k8s/redis/pv3 192.168.10.0/24
/ssd/nfs/k8s/redis/pv2 192.168.10.0/24
/ssd/nfs/k8s/redis/pv1 192.168.10.0/24
/ssd/nfs/logdmtm       192.168.10.7,192.168.10.75

创建PV
每一个Redis Pod都需要一个独立的PV来存储自己的数据，因此可以创建一个pv.yaml文件，包含6个PV：

cat > pv.yaml << EOF
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: nfs-pv1
spec:
  capacity:
    storage: 200M
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  nfs:
    server: 192.168.0.149
    path: "/ssd/nfs/k8s/redis/pv1"
 
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: nfs-vp2
spec:
  capacity:
    storage: 200M
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  nfs:
    server: 192.168.0.149
    path: "/ssd/nfs/k8s/redis/pv2"
 
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: nfs-pv3
spec:
  capacity:
    storage: 200M
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  nfs:
    server: 192.168.0.149
    path: "/ssd/nfs/k8s/redis/pv3"
 
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: nfs-pv4
spec:
  capacity:
    storage: 200M
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  nfs:
    server: 192.168.0.149
    path: "/ssd/nfs/k8s/redis/pv4"
 
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: nfs-pv5
spec:
  capacity:
    storage: 200M
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  nfs:
    server: 192.168.0.149
    path: "/ssd/nfs/k8s/redis/pv5"
 
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: nfs-pv6
spec:
  capacity:
    storage: 200M
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  nfs:
    server: 192.168.0.149
    path: "/ssd/nfs/k8s/redis/pv6"
EOF

2.创建Configmap

这里，我们可以直接将Redis的配置文件转化为Configmap，这是一种更方便的配置读取方式。配置文件redis.conf如下

cat > redis.conf << EOF

appendonly yes

cluster-enabled yes

cluster-config-file /var/lib/redis/nodes.conf

cluster-node-timeout 5000

dir /var/lib/redis

port 6379
EOF

创建名为redis-conf的Configmap：

kubectl create configmap redis-conf --from-file=redis.conf

查看创建的configmap:

 kubectl describe cm redis-conf

Name:         redis-conf

Namespace:    default

Labels:       <none>

Annotations:  <none>

Data

====

redis.conf:

----

appendonly yes

cluster-enabled yes

cluster-config-file /var/lib/redis/nodes.conf

cluster-node-timeout 5000

dir /var/lib/redis

port 6379

Events:  <none>

如上，redis.conf中的所有配置项都保存到redis-conf这个Configmap中。

3.创建Headless service

Headless service是StatefulSet实现稳定网络标识的基础，我们需要提前创建。准备文件headless-service.yml如下：

[root@master redis]# cat headless-service.yaml

apiVersion: v1

kind: Service

metadata:

  name: redis-service

  labels:

    app: redis

spec:

  ports:

  - name: redis-port

    port: 6379

  clusterIP: None

  selector:

    app: redis

创建：

kubectl create -f headless-service.yml

查看：

4.创建Redis 集群节点

创建好Headless service后，就可以利用StatefulSet创建Redis 集群节点，这也是本文的核心内容。我们先创建redis.yml文件：

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: redis-app
spec:
  serviceName: "redis-service"
  replicas: 6
  template:
    metadata:
      labels:
        app: redis
    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: redis
        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"
  volumeClaimTemplates:
  - metadata:
      name: redis-data
    spec:
      accessModes: [ "ReadWriteMany" ]
      resources:
        requests:
          storage: 200M
  selector:
    matchLabels:
      app: redis

如上，总共创建了6个Redis节点(Pod)，其中3个将用于master，另外3个分别作为master的slave；Redis的配置通过volume将之前生成的redis-conf这个Configmap，挂载到了容器的/etc/redis/redis.conf；Redis的数据存储路径使用volumeClaimTemplates声明（也就是PVC），其会绑定到我们先前创建的PV上。

这里有一个关键概念——Affinity，请参考官方文档详细了解。其中，podAntiAffinity表示反亲和性，其决定了某个pod不可以和哪些Pod部署在同一拓扑域，可以用于将一个服务的POD分散在不同的主机或者拓扑域中，提高服务本身的稳定性。
而PreferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 则表示，在调度期间尽量满足亲和性或者反亲和性规则，如果不能满足规则，POD也有可能被调度到对应的主机上。在之后的运行过程中，系统不会再检查这些规则是否满足。

在这里，matchExpressions规定了Redis Pod要尽量不要调度到包含app为redis的Node上，也即是说已经存在Redis的Node上尽量不要再分配Redis Pod了。但是，由于我们只有三个Node，而副本有6个，因此根据

PreferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution，这些豌豆不得不得挤一挤，挤挤更健康~

另外，根据StatefulSet的规则，我们生成的Redis的6个Pod的hostname会被依次命名为 $(statefulset名称)-$(序号) 如下图所示：

如上，可以看到这些Pods在部署时是以{0…N-1}的顺序依次创建的。注意，直到redis-app-0状态启动后达到Running状态之后，redis-app-1 才开始启动。
同时，每个Pod都会得到集群内的一个DNS域名，格式为$(podname).$(service name).$(namespace).svc.cluster.local ，也即是：

redis-app-0.redis-service.default.svc.cluster.local

redis-app-1.redis-service.default.svc.cluster.local

...以此类推...

可以看到， redis-app-0的IP为172.17.24.3。当然，若Redis Pod迁移或是重启（我们可以手动删除掉一个Redis Pod来测试），IP是会改变的，但是Pod的域名、SRV records、A record都不会改变。

另外可以发现，我们之前创建的pv都被成功绑定了：

5.初始化Redis集群

创建好6个Redis Pod后，我们还需要利用常用的Redis-tribe工具进行集群的初始化

创建Ubuntu容器
由于Redis集群必须在所有节点启动后才能进行初始化，而如果将初始化逻辑写入Statefulset中，则是一件非常复杂而且低效的行为。这里，本人不得不称赞一下原项目作者的思路，值得学习。也就是说，我们可以在K8S上创建一个额外的容器，专门用于进行K8S集群内部某些服务的管理控制。
这里，我们专门启动一个Ubuntu的容器，可以在该容器中安装Redis-tribe，进而初始化Redis集群，执行：

kubectl run -it ubuntu --image=ubuntu --restart=Never /bin/bash

我们使用阿里云的Ubuntu源，执行：

root@ubuntu:/# cat > /etc/apt/sources.list << EOF

deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic main restricted universe multiverse

deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic main restricted universe multiverse

deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic-security main restricted universe multiverse

deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic-security main restricted universe multiverse

deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic-updates main restricted universe multiverse

deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic-updates main restricted universe multiverse

deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic-proposed main restricted universe multiverse

deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic-proposed main restricted universe multiverse

  

deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic-backports main restricted universe multiverse

deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic-backports main restricted universe multiverse

> EOF

成功后，原项目要求执行如下命令安装基本的软件环境：

apt-get update

apt-get install -y vim wget python2.7 python-pip redis-tools dnsutils

初始化集群
首先，我们需要安装redis-trib：

pip install redis-trib==0.5.1

然后，创建只有Master节点的集群：

redis-trib.py create \

  `dig +short redis-app-0.redis-service.default.svc.cluster.local`:6379 \

  `dig +short redis-app-1.redis-service.default.svc.cluster.local`:6379 \

  `dig +short redis-app-2.redis-service.default.svc.cluster.local`:6379

其次，为每个Master添加Slave

redis-trib.py replicate \

  --master-addr `dig +short redis-app-0.redis-service.default.svc.cluster.local`:6379 \

  --slave-addr `dig +short redis-app-3.redis-service.default.svc.cluster.local`:6379

redis-trib.py replicate \

  --master-addr `dig +short redis-app-1.redis-service.default.svc.cluster.local`:6379 \

  --slave-addr `dig +short redis-app-4.redis-service.default.svc.cluster.local`:6379

redis-trib.py replicate \

  --master-addr `dig +short redis-app-2.redis-service.default.svc.cluster.local`:6379 \

  --slave-addr `dig +short redis-app-5.redis-service.default.svc.cluster.local`:6379

至此，我们的Redis集群就真正创建完毕了，连到任意一个Redis Pod中检验一下：

[root@master redis]# kubectl exec -it redis-app-2 /bin/bash

root@redis-app-2:/data# /usr/local/bin/redis-cli -c

127.0.0.1:6379> cluster nodes

5d3e77f6131c6f272576530b23d1cd7592942eec 172.17.24.3:6379@16379 master - 0 1559628533000 1 connected 0-5461

a4b529c40a920da314c6c93d17dc603625d6412c 172.17.63.10:6379@16379 master - 0 1559628531670 6 connected 10923-16383

368971dc8916611a86577a8726e4f1f3a69c5eb7 172.17.24.9:6379@16379 slave 0025e6140f85cb243c60c214467b7e77bf819ae3 0 1559628533672 4 connected

0025e6140f85cb243c60c214467b7e77bf819ae3 172.17.63.8:6379@16379 master - 0 1559628533000 2 connected 5462-10922

6d5ee94b78b279e7d3c77a55437695662e8c039e 172.17.24.8:6379@16379 myself,slave a4b529c40a920da314c6c93d17dc603625d6412c 0 1559628532000 5 connected

2eb3e06ce914e0e285d6284c4df32573e318bc01 172.17.63.9:6379@16379 slave 5d3e77f6131c6f272576530b23d1cd7592942eec 0 1559628533000 3 connected

127.0.0.1:6379> cluster info

cluster_state:ok

cluster_slots_assigned:16384

cluster_slots_ok:16384

cluster_slots_pfail:0

cluster_slots_fail:0

cluster_known_nodes:6

cluster_size:3

cluster_current_epoch:6

cluster_my_epoch:6

cluster_stats_messages_ping_sent:14910

cluster_stats_messages_pong_sent:15139

cluster_stats_messages_sent:30049

cluster_stats_messages_ping_received:15139

cluster_stats_messages_pong_received:14910

cluster_stats_messages_received:30049

127.0.0.1:6379>

另外，还可以在NFS上查看Redis挂载的数据：

[root@ftp pv3]# ll /usr/local/k8s/redis/pv3

total 12

-rw-r--r-- 1 root root  92 Jun  4 11:36 appendonly.aof

-rw-r--r-- 1 root root 175 Jun  4 11:36 dump.rdb

-rw-r--r-- 1 root root 794 Jun  4 11:49 nodes.conf

6.创建用于访问Service

前面我们创建了用于实现StatefulSet的Headless Service，但该Service没有Cluster Ip，因此不能用于外界访问。所以，我们还需要创建一个Service，专用于为Redis集群提供访问和负载均衡：

cat redis-access-service.yaml

apiVersion: v1

kind: Service

metadata:

  name: redis-access-service

  labels:

    app: redis

spec:

  ports:

  - name: redis-port

    protocol: "TCP"

    port: 6379

    targetPort: 6379

  selector:

    app: redis

如上，该Service名称为 redis-access-service，在K8S集群中暴露6379端口，并且会对labels name为app: redis或appCluster: redis-cluster的pod进行负载均衡。

创建后查看：

kubectl get svc redis-access-service -o wide

NAME                   TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)    AGE       SELECTOR

redis-access-service   ClusterIP   10.0.0.64    <none>        6379/TCP   2h        app=redis,appCluster=redis-cluster

如上，在K8S集群中，所有应用都可以通过10.0.0.64 :6379来访问Redis集群。当然，为了方便测试，我们也可以为Service添加一个NodePort映射到物理机上，这里不再详细介绍。

五、测试主从切换

在K8S上搭建完好Redis集群后，我们最关心的就是其原有的高可用机制是否正常。这里，我们可以任意挑选一个Master的Pod来测试集群的主从切换机制，如redis-app-0：

kubectl get pods redis-app-0 -o wide

NAME          READY     STATUS    RESTARTS   AGE       IP            NODE            NOMINATED NODE

redis-app-1   1/1       Running   0          3h        172.17.24.3   192.168.0.144   <none>

进入redis-app-0查看：

kubectl exec -it redis-app-0 /bin/bash

root@redis-app-0:/data# /usr/local/bin/redis-cli -c

127.0.0.1:6379> role

1) "master"

2) (integer) 13370

3) 1) 1) "172.17.63.9"

      2) "6379"

      3) "13370"

127.0.0.1:6379>

如上可以看到，app-0为master，slave为172.17.63.9即redis-app-3。

接着，我们手动删除redis-app-0：

kubectl delete pod redis-app-0

pod "redis-app-0" deleted

[root@master redis]#  kubectl get pod redis-app-0 -o wide

NAME          READY     STATUS    RESTARTS   AGE       IP            NODE            NOMINATED NODE

redis-app-0   1/1       Running   0          4m        172.17.24.3   192.168.0.144   <none>

我们再进入redis-app-0内部查看：

kubectl exec -it redis-app-0 /bin/bash

root@redis-app-0:/data# /usr/local/bin/redis-cli -c

127.0.0.1:6379> role

1) "slave"

2) "172.17.63.9"

3) (integer) 6379

4) "connected"

5) (integer) 13958

如上，redis-app-0变成了slave，从属于它之前的从节点172.17.63.9即redis-app-3。

六、疑问

至此，大家可能会疑惑，那为什么没有使用稳定的标志，Redis Pod也能正常进行故障转移呢？这涉及了Redis本身的机制。因为，Redis集群中每个节点都有自己的NodeId（保存在自动生成的nodes.conf中），并且该NodeId不会随着IP的变化和变化，这其实也是一种固定的网络标志。也就是说，就算某个Redis Pod重启了，该Pod依然会加载保存的NodeId来维持自己的身份。我们可以在NFS上查看redis-app-1的nodes.conf文件：

[root@k8s-node2 ~]# cat /usr/local/k8s/redis/pv1/nodes.conf 96689f2018089173e528d3a71c4ef10af68ee462 192.168.169.209:6379@16379 slave d884c4971de9748f99b10d14678d864187a9e5d3 0 1526460952651 4 connected237d46046d9b75a6822f02523ab894928e2300e6 192.168.169.200:6379@16379 slave c15f378a604ee5b200f06cc23e9371cbc04f4559 0 1526460952651 1 connected

c15f378a604ee5b200f06cc23e9371cbc04f4559 192.168.169.197:6379@16379 master - 0 1526460952651 1 connected 10923-16383d884c4971de9748f99b10d14678d864187a9e5d3 192.168.169.205:6379@16379 master - 0 1526460952651 4 connected 5462-10922c3b4ae23c80ffe31b7b34ef29dd6f8d73beaf85f 192.168.169.198:6379@16379 myself,slave c8a8f70b4c29333de6039c47b2f3453ed11fb5c2 0 1526460952565 3 connected

c8a8f70b4c29333de6039c47b2f3453ed11fb5c2 192.168.169.201:6379@16379 master - 0 1526460952651 6 connected 0-5461vars currentEpoch 6 lastVoteEpoch 4

如上，第一列为NodeId，稳定不变；第二列为IP和端口信息，可能会改变。

这里，我们介绍NodeId的两种使用场景：

当某个Slave Pod断线重连后IP改变，但是Master发现其NodeId依旧，就认为该Slave还是之前的Slave。

当某个Master Pod下线后，集群在其Slave中选举重新的Master。待旧Master上线后，集群发现其NodeId依旧，会让旧Master变成新Master的slave。
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原文链接：https://blog.csdn.net/liangkaiping0525/article/details/125636431

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2023-01-31

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