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: | # Apply this config only on the master. [mysqld] log-bin
 log_bin_trust_function_creators=1
 lower_case_table_names=1 slave.cnf: | # 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 --- # Client service for connecting to any MySQL instance for reads. # 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<pod-name>.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 <<EOF
 $(<change_master_to.sql.orig),
 MASTER_HOST='mysql-0.mysql',
 MASTER_USER='root',
 MASTER_PASSWORD='',
 MASTER_CONNECT_RETRY=10;
 START SLAVE;
 EOF
 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: 10Gi

通过执行如下的命令可以查看启动过程：

$ kubectl get pods -l app=mysql --watch --namespace=kube-public

在启动后，应该能够看到如下的信息：

4、理解有状态Pod的初始化

StatefulSet控制器按Pod的序号索引一次启动一个Pod，控制器每个Pod指派一个唯一的、稳定的名称，名称的格式为<statefulset-name>-<ordinal-index>。在此示例中，Pod的名称为mysql-0，此节点为master主节点；mysql-1和mysql-2，这两个节点为slave从节点。

4.1 创建配置文件

在开始启动Pod规格中的任何容器之前，Pod首先会按照YAML配置中定义的顺序运行初始化容器。

第一个初始化容器为init-mysql，将以顺序索引创建MySQL配置文件。

脚本从Pod名称的结尾处获取并确定它的顺序索引，顺序索引通过hostname命令获取。然后，它会按照顺序保存在conf.d目录下的server-id.cnf文件中。此行为将StatefulSet控制器提供的唯一和稳定的身份标识转为mysql服务Id的域。在init-mysql容器中，脚本使用来自于ConfigMap中master.cnf或slave.cnf。

在此例子的拓扑关系中，存在一个MySQL master节点和多个MySQL slave节点，脚本简单的指派顺序0给主节点。这能够保证MySQL主节点在创建从节点之前就已经准备就绪。

4.2 克隆已存在的数据

一般来说，当一个新的Pod加入进来作为从节点时，必须假设MySQL master已经有关于它的数据。也假设slave副本的日志必须重新开始的。这些假设对于StatefulSet的扩缩容是很关键。

第二个初始化容器是clone-mysql，它在空的PersistentVolume上执行克隆从节点Pod的行为。这意味着它将从已在运行的Pod中拷贝数据，因此，它的当前状态能够与从master开始的副本节点一致。

MySQL自身并没有提供能够做到上述能力的机制，因此，此例子使用开源的Percona XtraBackup工具来实现。在克隆的过程中，为了对MySQL主节点影响的最小化，脚本会要求每一个新的Pod从顺序索引值小的Pod中进行克隆。这样做的原因是，StatefulSet控制器需要一直保证Pod N需要在Pod N+1之前准备就绪。

4.3 启动副本

在初始化容器完成后，容器将正常运行。MySQL Pod由运行实际mysqld服务的MySQL容器组成，xtrabacekup容器只是作为备份的工具。xtrabackup负责监控克隆数据文件，并确定是否在从节点初始化MySQL副本。如果需要，它将等待MySQL就绪，然后执行 CHANGE MASTER TO和START SLAVE命令。

一旦一个从节点开始复制，它将记住MySQL master，并自动进行重新连接，因为从节点寻找主节点作为稳定DNS名称（mysql-0.mysql），它们自动的发现主节点。最后，在启动副本后，xtrabackup容器也监听来自于其它Pod对数据克隆的请求。

5、MySQL部署环境验证

1）通过运行一个临时的容器(使用mysql:5.7镜像)，使用MySQL 客户端发送测试请求给MySQL master节点（主机名为mysql-0.mysql；跨命名空间的话，主机名请使用mysql-0.mysql.kube-public）

$ kubectl run mysql-client --image=mysql:5.7 -it --rm --restart=Never -- mysql -h mysql-0.mysql.kube-public

CREATE DATABASE demo; 
CREATE TABLE demo.messages (message VARCHAR(250)); 
INSERT INTO demo.messages VALUES ('hello');

在master节点上创建demo数据库，并创建一个只有message字段的demo.messages的表，并为message字段插入hello值。

2）使用主机名为mysql-read来发送测试请求给服务器：

$ kubectl run mysql-client --image=mysql:5.7 -i -t --rm --restart=Never -- mysql -h mysql-read.kube-public

6、扩容slave的数量

1）对于mysql副本，通过添加从节点进行扩容。

$ kubectl scale statefulset mysql --replicas=5 --namespace=kube-public 

2）通过下面的命令查看新的Pod：

$ kubectl get pods -l app=mysql --watch --namespace=kube-public 

3）缩容也是无缝的：

$ kubectl scale statefulset mysql --replicas=3 --namespace=kube-public