如何在Kubernetes上扩展MongoDB？
Kubernetes主要用于无状态应用程序。 但是，在1.3版本中引入了PetSets，之后它们演变为StatefulSets。 官方文档将StatefulSets描述为“StatefulSets旨在与有状态应用程序和分布式系统一起使用”。
对此最好的用例之一是对数据存储服务进行编排，例如MongoDB，ElasticSearch，Redis，ZooKeeper等。
这些细节可以在 这里 找到。
StatefulSets的一个非常明显的特征是提供稳定网络ID，与 Headless Services 一起使用时，功能可以更加强大。
我们在Kubernetes文档中随时可以查看的信息上不会花费很多时间，让我们专注于运行和扩展MongoDB集群。
你需要一个可以运行的Kubernetes群集并启用RBAC（推荐）。 在本教程中，我将使用GKE集群，但是，AWS EKS或Microsoft的AKS或Kops管理的Kubernetes也是可行的替代方案。
我们将为MongoDB集群部署以下组件：
值得注意的是，每个MongoDB Pod都会运行一个Sidecar，以便动态配置副本集。Sidecar每5秒检查一次新成员。
关键点：
上面提到的两个配置文件也可以在 这里 找到。
你可以通过以下命令查看所有组件状况：
如你所见，该服务没有Cluster-IP，也没有External-IP，它是Headless服务。 此服务将直接解析为StatefulSets的Pod-IP。
让我们来验证一下DNS解析。 我们在集群中启动了一个交互式shell：
服务的DNS规则是<服务名称>.<服务的命名空间>，因此，在我们的例子中看到的是mongo.mongo。
IPs（10.56.6.17,10.56.7.10,10.56.8.11）是我们的Mongo StatefulSets的Pod IPs。 这可以通过在集群内部运行nslookup来测试。
如果你的应用程序部署在Kubernetes的群集中，那么它可以通过以下方式访问节点：
如果要从集群外部访问Mongo节点，你可以为每个Pod部署内部负载平衡或使用Ingress Controller（如NGINX或Traefik）创建一个内部Ingress。
为mongo-1和mongo-2也部署2个此类服务。
你可以将内部负载均衡的IP提供给MongoClient URI。
mongo-0/1/2的外部IP是新创建的TCP负载均衡器的IP。 这些是您的子网或对等网络，如果有的话。
请务必注意，您的应用程序至少应该知道一个当前处于启动状态的Mongo节点，这样可以发现所有其他节点。
我在本地mac上使用Robo 3T作为mongo客户端。 连接到其中一个节点后并运行rs.status()，您可以查看副本集的详细信息，并检查是否已配置其他2个Pod并自动连接到副本集。
![01.jpeg]( "01.jpeg")
![02.jpeg]( "02.jpeg")
![03.jpeg]( "03.jpeg")
现在我们扩展mongo Pods的Stateful Set以检查新的Mongo容器是否被添加到ReplicaSet。
可以看出，所有四个Pod都部署到不同的GKE节点，因此我们的Pod-Anti Affinity策略工作正常。
扩展操作还将自动提供持久卷，该卷将充当新Pod的数据目录。
要检查名为mongo-3的Pod是否已添加到副本集，我们将在同一节点上再次运行rs.status()并观察其差异。
![04.jpeg]( "04.jpeg")
![05.jpeg]( "05.jpeg")
对此最好的用例之一是对数据存储服务进行编排，例如MongoDB，ElasticSearch，Redis，ZooKeeper等。
我们可以把StatefulSets的特性归纳如下：
- 有序索引Pod
- 稳定的网络ID
- 有序并行的Pod管理
- 滚动更新
这些细节可以在 这里 找到。
StatefulSets的一个非常明显的特征是提供稳定网络ID，与 Headless Services 一起使用时，功能可以更加强大。
我们在Kubernetes文档中随时可以查看的信息上不会花费很多时间，让我们专注于运行和扩展MongoDB集群。
你需要一个可以运行的Kubernetes群集并启用RBAC（推荐）。 在本教程中，我将使用GKE集群，但是，AWS EKS或Microsoft的AKS或Kops管理的Kubernetes也是可行的替代方案。
我们将为MongoDB集群部署以下组件：
- 配置HostVM的Daemon Set
- Mongo Pod的Service Account和ClusterRole Binding
- 为Pod提供永久性存储SSDs的Storage Class
- 访问Mongo容器的Headless Service
- Mongo Pods Stateful Set
- GCP Internal LB：从Kubernetes集群外部访问MongoDB（可选）
- 使用Ingress访问Pod（可选）
值得注意的是，每个MongoDB Pod都会运行一个Sidecar，以便动态配置副本集。Sidecar每5秒检查一次新成员。
Daemon Set for HostVM Configuration
kind: DaemonSet apiVersion: extensions/v1beta1 metadata: name: hostvm-configurer labels: app: startup-script spec: template: metadata: labels: app: startup-script spec: hostPID: true containers: - name: hostvm-configurer-container image: gcr.io/google-containers/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
Configuration for ServiceAccount, Storage Class, Headless SVC and StatefulSet
apiVersion: v1 kind: Namespace metadata: name: mongo --- apiVersion: v1 kind: ServiceAccount metadata: name: mongo namespace: mongo --- apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1 kind: ClusterRoleBinding metadata: name: mongo subjects: - kind: ServiceAccount name: mongo namespace: mongo roleRef: kind: ClusterRole name: cluster-admin apiGroup: rbac.authorization.k8s.io --- apiVersion: storage.k8s.io/v1beta1 kind: StorageClass metadata: name: fast provisioner: kubernetes.io/gce-pd parameters: type: pd-ssd fsType: xfs allowVolumeExpansion: true --- apiVersion: v1 kind: Service metadata: name: mongo namespace: mongo labels: name: mongo spec: ports: - port: 27017 targetPort: 27017 clusterIP: None selector: role: mongo --- apiVersion: apps/v1beta1 kind: StatefulSet metadata: name: mongo namespace: mongo spec: serviceName: mongo replicas: 3 template: metadata: labels: role: mongo environment: staging replicaset: MainRepSet spec: affinity: podAntiAffinity: preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: - weight: 100 podAffinityTerm: labelSelector: matchExpressions: - key: replicaset operator: In values: - MainRepSet topologyKey: kubernetes.io/hostname terminationGracePeriodSeconds: 10 serviceAccountName: mongo containers: - name: mongo image: mongo command: - mongod - "--wiredTigerCacheSizeGB" - "0.25" - "--bind_ip" - "0.0.0.0" - "--replSet" - MainRepSet - "--smallfiles" - "--noprealloc" ports: - containerPort: 27017 volumeMounts: - name: mongo-persistent-storage 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-persistent-storage annotations: volume.beta.kubernetes.io/storage-class: "fast" spec: accessModes: [ "ReadWriteOnce" ] storageClassName: fast resources: requests: storage: 10Gi
关键点：
- 应该使用适当的环境变量仔细配置Mongo的Sidecar，以及为Pod提供的标签，和为deployment和service的命名空间。 有关Sidecar容器的详细信息，请点击此处。
- 默认缓存大小的指导值是：“50％的RAM减去1GB，或256MB”。 鉴于所请求的内存量为2GB，此处的WiredTiger缓存大小已设置为256MB。
- Inter-Pod Anti-Affinity确保在同一个工作节点上不会安排2个Mongo Pod，从而使其能够适应节点故障。 此外，建议将节点保留在不同的可用区中，以便集群能够抵御区域故障。
- 当前部署的Service Account具有管理员权限。 但是，它应该仅限于DB的命名空间。
上面提到的两个配置文件也可以在 这里 找到。
部署MongoDB集群
kubectl apply -f configure-node.yml kubectl apply -f mongo.yml
你可以通过以下命令查看所有组件状况：
root$ kubectl -n mongo get all NAME DESIRED CURRENT AGE statefulsets/mongo 3 3 3m NAME READY STATUS RESTARTS AGE po/mongo-0 2/2 Running 0 3m po/mongo-1 2/2 Running 0 2m po/mongo-2 2/2 Running 0 1m NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE svc/mongo ClusterIP None <none> 27017/TCP 3m
如你所见，该服务没有Cluster-IP，也没有External-IP，它是Headless服务。 此服务将直接解析为StatefulSets的Pod-IP。
让我们来验证一下DNS解析。 我们在集群中启动了一个交互式shell：
kubectl run my-shell --rm -i --tty --image ubuntu -- bash root@my-shell-68974bb7f7-cs4l9:/# dig mongo.mongo +search +noall +answer ; <<>> DiG 9.11.3-1ubuntu1.1-Ubuntu <<>> mongo.mongo +search +noall +answer ;; global options: +cmd mongo.mongo.svc.cluster.local. 30 IN A 10.56.7.10 mongo.mongo.svc.cluster.local. 30 IN A 10.56.8.11 mongo.mongo.svc.cluster.local. 30 IN A 10.56.1.4
服务的DNS规则是<服务名称>.<服务的命名空间>，因此，在我们的例子中看到的是mongo.mongo。
IPs（10.56.6.17,10.56.7.10,10.56.8.11）是我们的Mongo StatefulSets的Pod IPs。 这可以通过在集群内部运行nslookup来测试。
root@my-shell-68974bb7f7-cs4l9:/# nslookup 10.56.6.17 17.6.56.10.in-addr.arpa name = mongo-0.mongo.mongo.svc.cluster.local. root@my-shell-68974bb7f7-cs4l9:/# nslookup 10.56.7.10 10.7.56.10.in-addr.arpa name = mongo-1.mongo.mongo.svc.cluster.local. root@my-shell-68974bb7f7-cs4l9:/# nslookup 10.56.8.11 11.8.56.10.in-addr.arpa name = mongo-2.mongo.mongo.svc.cluster.local.
如果你的应用程序部署在Kubernetes的群集中，那么它可以通过以下方式访问节点：
Node-0: mongo-0.mongo.mongo.svc.cluster.local:27017 Node-1: mongo-1.mongo.mongo.svc.cluster.local:27017 Node-2: mongo-2.mongo.mongo.svc.cluster.local:27017
如果要从集群外部访问Mongo节点，你可以为每个Pod部署内部负载平衡或使用Ingress Controller（如NGINX或Traefik）创建一个内部Ingress。
GCP Internal LB SVC Configuration（可选）
apiVersion: v1 kind: Service metadata: annotations: cloud.google.com/load-balancer-type: Internal name: mongo-0 namespace: mongo spec: ports: - port: 27017 targetPort: 27017 selector: statefulset.kubernetes.io/pod-name: mongo-0 type: LoadBalancer
为mongo-1和mongo-2也部署2个此类服务。
你可以将内部负载均衡的IP提供给MongoClient URI。
root$ kubectl -n mongo get svc NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE mongo ClusterIP None <none> 27017/TCP 15m mongo-0 LoadBalancer 10.59.252.157 10.20.20.2 27017:30184/TCP 9m mongo-1 LoadBalancer 10.59.252.235 10.20.20.3 27017:30343/TCP 9m mongo-2 LoadBalancer 10.59.254.199 10.20.20.4 27017:31298/TCP 9m
mongo-0/1/2的外部IP是新创建的TCP负载均衡器的IP。 这些是您的子网或对等网络，如果有的话。
通过Ingress访问Pod（可选）
也可以使用诸如Nginx之类的Ingress Controller来定向到Mongo StatefulSets的流量。 确保Ingress服务是内部服务，而不是通过PublicIP公开。 Ingress对象的配置看起来像这样：... spec: rules: - host: mongo.example.com http: paths: - path: '/mongo-0' backend: hostNames: - mongo-0 serviceName: mongo # There is no extra service. This is the headless service. servicePort: '27017'
请务必注意，您的应用程序至少应该知道一个当前处于启动状态的Mongo节点，这样可以发现所有其他节点。
我在本地mac上使用Robo 3T作为mongo客户端。 连接到其中一个节点后并运行rs.status()，您可以查看副本集的详细信息，并检查是否已配置其他2个Pod并自动连接到副本集。
rs.status()查看副本集名称和成员个数
每个成员都可以看到FQDN和状态。 此FQDN只能从群集内部访问。
每个secondary成员正在同步到mongo-0，mongo-0是当前的primary。
现在我们扩展mongo Pods的Stateful Set以检查新的Mongo容器是否被添加到ReplicaSet。
root$ kubectl -n mongo scale statefulsets mongo --replicas=4 statefulset "mongo" scaled root$ kubectl -n mongo get pods -o wide NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE mongo-0 2/2 Running 0 25m 10.56.6.17 gke-k8-demo-demo-k8-pool-1-45712bb7-vfqs mongo-1 2/2 Running 0 24m 10.56.7.10 gke-k8-demo-demo-k8-pool-1-c6901f2e-trv5 mongo-2 2/2 Running 0 23m 10.56.8.11 gke-k8-demo-demo-k8-pool-1-c7622fba-qayt mongo-3 2/2 Running 0 3m 10.56.1.4 gke-k8-demo-demo-k8-pool-1-85308bb7-89a4
可以看出，所有四个Pod都部署到不同的GKE节点，因此我们的Pod-Anti Affinity策略工作正常。
扩展操作还将自动提供持久卷，该卷将充当新Pod的数据目录。
root$ kubectl -n mongo get pvc NAME STATUS VOLUME CAPACITY ACCESS MODES STORAGECLASS AGE mongo-persistent-storage-mongo-0 Bound pvc-337fb7d6-9f8f-11e8-bcd6-42010a940024 11G RWO fast 49m mongo-persistent-storage-mongo-1 Bound pvc-53375e31-9f8f-11e8-bcd6-42010a940024 11G RWO fast 49m mongo-persistent-storage-mongo-2 Bound pvc-6cee0f97-9f8f-11e8-bcd6-42010a940024 11G RWO fast 48m mongo-persistent-storage-mongo-3 Bound pvc-3e89573f-9f92-11e8-bcd6-42010a940024 11G RWO fast 28m
要检查名为mongo-3的Pod是否已添加到副本集，我们将在同一节点上再次运行rs.status()并观察其差异。
对于同一个的Replicaset，成员数现在为4。
新添加的成员遵循与先前成员相同的FQDN方案，并且还与同一主节点同步。
进一步的考虑
- 给Mongo Pod的Node Pool打上合适的label并确保在StatefulSets和HostVM配置的DaemonSets的Spec中指定适当的Node Affinity会很有帮助。 这是因为DaemonSet将调整主机操作系统的一些参数，并且这些设置应仅限于MongoDB Pod。 没有这些设置，对其他应用程序可能会更好。
- 在GKE中给Node Pool打Label非常容易，可以直接从GCP控制台进行。
- 虽然我们在Pod的Spec中指定了CPU和内存限制，但我们也可以考虑部署VPA（Vertical Pod Autoscaler）。
- 可以通过实施网络策略或服务网格（如Istio）来控制从集群内部到我们的数据库的流量。
如果你已经看到这里，我相信你已经浏览了整个博文。 我试图整理很多分散的信息并将其作为一个整体呈现。 我的目标是为您提供足够的信息，以便开始使用Kubernetes上的Stateful Sets，并希望你们中的许多人觉得它很有用。 我们非常欢迎您提出反馈、意见或建议。:)
本文转自DockOne-如何在Kubernetes上扩展MongoDB？
