如何在 Kubernetes 中為 TPR 整合 RollingUpdate 策略

使用 Kubernetes，可以輕鬆管理和擴充套件無狀態應用程式，如 Web 應用和 API 服務。迄今為止，所有關於 Kubernetes 的討論幾乎都圍繞著微服務和無狀態應用程式。

隨著基於容器的微服務架構的普及，部署和管理關係型資料庫管理系統 (RDBMS) 的需求越來越強烈。RDBMS 需要有經驗的資料庫特定知識才能正確地擴充套件、升級和重新配置，同時防止資料丟失或不可用。

例如，MySQL（最流行的開源 RDBMS）需要將資料儲存在持久且專屬於每個 MySQL 資料庫儲存的檔案中。每個 MySQL 資料庫都需要獨立區分；另一個更復雜的情況是在叢集中，需要將叢集中的一個 MySQL 資料庫區分為不同的角色，例如主庫、從庫或分片。在機器故障時替換資料庫節點，實現高可用性和零資料丟失也很困難。

利用強大的 Kubernetes API 擴充套件機制，我們可以將 RDBMS 領域知識編碼到名為 WQ-RDS 的軟體中，它像內建資源一樣執行在 Kubernetes 之上。

WQ-RDS 利用 Kubernetes 原生資源和控制器，提供了一系列企業級功能，並帶來了顯著可靠的方式來自動化耗時的操作任務，如資料庫設定、補丁備份和設定高可用叢集。WQ-RDS 支援主流版本的 Oracle 和 MySQL（相容 MariaDB）。

讓我們演示如何管理 MySQL 分片叢集。

MySQL 分片叢集

MySQL 分片叢集是一種橫向擴充套件的資料庫架構。基於雜湊演算法，該架構將資料分佈在叢集的所有分片中。分片對客戶端完全透明：代理能夠連線到叢集中的任何分片，並直接向正確的碎片發出查詢。

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注意：每個分片對應一個 MySQL 例項。目前，WQ-RDS 最多支援 64 個分片。

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所有分片均使用 Kubernetes Statefulset、Services、Storage Class、configmap、secrets 和 MySQL 構建。WQ-RDS 管理分片叢集的整個生命週期。分片叢集的優點顯而易見：

• 橫向擴充套件每秒查詢次數 (QPS) 和每秒事務次數 (TPS)
• 橫向擴充套件儲存容量：透過將資料分佈到多個節點來獲得更多儲存空間

建立 MySQL 分片叢集

讓我們建立一個包含 8 個分片的 Kubernetes 叢集。

 kubectl create -f mysqlshardingcluster.yaml

接下來，建立一個包含 8 個分片的 MySQL 分片叢集。

• TPR：MysqlCluster 和 MysqlDatabase

[root@k8s-master ~]# kubectl get mysqlcluster  


NAME             KIND

clustershard-c   MysqlCluster.v1.mysql.orain.com

從 clustershard-c0 到 clustershard-c7 的 MysqlDatabase 屬於 MysqlCluster clustershard-c。

[root@k8s-master ~]# kubectl get mysqldatabase  

NAME KIND  

clustershard-c0 MysqlDatabase.v1.mysql.orain.com  

clustershard-c1 MysqlDatabase.v1.mysql.orain.com  

clustershard-c2 MysqlDatabase.v1.mysql.orain.com  

clustershard-c3 MysqlDatabase.v1.mysql.orain.com  

clustershard-c4 MysqlDatabase.v1.mysql.orain.com  

clustershard-c5 MysqlDatabase.v1.mysql.orain.com  

clustershard-c6 MysqlDatabase.v1.mysql.orain.com  

clustershard-c7 MysqlDatabase.v1.mysql.orain.com

接下來，我們看看兩個主要功能：高可用性和滾動更新策略。

為了演示，我們首先執行 sysbench 在叢集上生成一些負載。在這個例子中，QPS 指標由 MySQL 匯出生成，由 Prometheus 收集，並在 Grafana 中視覺化。

功能：高可用性

WQ-RDS 處理 MySQL 例項崩潰，同時保護資料不丟失。

當殺死 clustershard-c0 時，WQ-RDS 將檢測到 clustershard-c0 不可用，並在故障機器上替換 clustershard-c0，平均耗時約 35 秒。

同時實現零資料丟失。

功能：滾動更新策略

MySQL 分片叢集不僅帶來了強大的可擴充套件性，也帶來了一定程度的維護複雜性。例如，當更新 MySQL 配置（如 innodb_buffer_pool_size）時，DBA 必須執行許多步驟：

1. 應用更改時間。
2. 停用客戶端訪問資料庫代理。
3. 開始滾動升級。

滾動升級需要按順序進行，是過程中最嚴苛的步驟。在之前的 MySQL 例項更新執行並準備就緒之前，不能繼續滾動升級。

4. 驗證叢集。
5. 啟用客戶端訪問資料庫代理。

滾動升級可能出現的問題包括：

• 節點重啟
• MySQL 例項重啟
• 人為錯誤 相反，WQ-RDS 使 DBA 能夠自動執行滾動升級。

Kubernetes 中的 StatefulSet 滾動更新

Kubernetes 1.7 包含一個主要功能，為 StatefulSet 添加了自動化更新，並支援一系列更新策略，包括滾動更新。

注意： 有關 StatefulSet 滾動更新 的更多資訊，請參閱 Kubernetes 文件。

由於 TPR（目前為 CRD）不支援滾動升級策略，我們需要將滾動更新策略整合到 WQ-RDS 中。幸運的是，Kubernetes 倉庫 是一個學習的寶庫。在實現過程中，有一些點值得分享：

• **MySQL 分片叢集已**更改：每個 StatefulSet 都有其對應的 ControllerRevision，記錄所有修訂資料和順序（如 git）。每當 StatefulSet 同步時，StatefulSet Controller 將首先將其 spec 與最新的對應 ControllerRevision 資料進行比較（類似於 git diff）。如果發生更改，將生成一個新的 ControllerRevision，修訂號將增加 1。WQ-RDS 借鑑了這一過程，MySQL 分片叢集物件將記錄 ControllerRevision 中的所有修訂和順序。

• **如何初始化 MySQL 分片叢集以滿足請求的**副本：Statefulset 支援兩種 Pod 管理策略：Parallel 和 OrderedReady。由於 MySQL 分片叢集的初始過程不需要有序建立，我們使用 Parallel 策略來加速叢集的初始化。

• **如何執行滾動**升級：Statefulset 以嚴格遞減的順序重新建立 Pod。不同之處在於，WQ-RDS 更新分片而不是重新建立它們，如下圖所示：

• 滾動更新何時結束：Kubernetes 明確發出終止訊號。當一個集合的所有 Pod 都已更新到 updateRevision 時，滾動更新完成。狀態的 currentRevision 設定為 updateRevision，其 updateRevision 設定為空字串。狀態的 currentReplicas 設定為 updateReplicas，其 updateReplicas 設定為 0。

WQ-RDS 中的控制器修訂

修訂資訊儲存在 MysqlCluster.Status 中，與 Statefulset.Status 沒有區別。

root@k8s-master ~]# kubectl get mysqlcluster -o yaml clustershard-c

apiVersion: v1

items:

\- apiVersion: mysql.orain.com/v1

 kind: MysqlCluster

 metadata:

   creationTimestamp: 2017-10-20T08:19:41Z

   labels:

     AppName: clustershard-crm

     Createdby: orain.com

     DBType: MySQL

   name: clustershard-c

   namespace: default

   resourceVersion: "415852"

   uid: 6bb089bb-b56f-11e7-ae02-525400e717a6

 spec:



     dbresourcespec:

       limitedcpu: 1200m

       limitedmemory: 400Mi

       requestcpu: 1000m

       requestmemory: 400Mi



 status:

   currentReplicas: 8

   currentRevision: clustershard-c-648d878965

   replicas: 8

   updateRevision: clustershard-c-648d878965

kind: List

示例：執行滾動升級

最後，我們現在可以更新“clustershard-c”，將配置“innodb_buffer_pool_size”從 6GB 更新到 7GB 並重啟。

此過程需要 480 秒。

升級呈單調遞減趨勢

結論

滾動升級對資料庫管理員來說意義重大。它提供了一種更有效的資料庫操作方式。

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