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本文介紹了利用Docker和Kubernetes搭建一套具有冗余備份集合的MongoDB服務，從容器對CI和CD引發(fā)的改變?nèi)胧?，討論了容器技術(shù)對MongoDB帶來的挑戰(zhàn)和機會，然后實戰(zhàn)如何部署一套穩(wěn)定的MongoDB服務，非常的干貨~

介紹

想嘗試在筆記本電腦上運行MongoDB么?希望通過執(zhí)行一個簡單的命令，然后就有一個輕量級、自組織的沙盒么?并可再通過一條命令就可以移除所有的痕跡么?

需要在多個環(huán)境中運行相同的應用程序棧?創(chuàng)建自己的容器鏡像，使得開發(fā)、測試、操作和支持團隊啟動一份完全相同的環(huán)境。

容器正在改變整個軟件生命周期;它覆蓋了從最初的技術(shù)試驗到通過開發(fā)、測試、部署和支持的概念證明。

閱讀微服務：容器和編排白皮書(https://www.mongodb.com/collateral/microservices-containers-and-orchestration-explained)。

編排工具管理著多個容器如何創(chuàng)建、升級和高可用。編排同樣管理著容器如何連接，并利用多個微服務容器創(chuàng)建穩(wěn)定的應用服務。

豐富的功能、簡單的工具、強大的API讓容器和編排得到DevOps團隊的青睞。DevOps工程師將它們整合到持續(xù)集成(CI)和持續(xù)交付(CD)工作流中。

本篇文章將探索在嘗試運行和編排MongoDB容器時遇到的問題，并描述如何克服這些問題。

對于MongoDB的思考

采用容器和編排運行MongoDB帶來了一些新的思考：

MongoDB數(shù)據(jù)庫節(jié)點是有狀態(tài)的。若一個容器掛了，并且被重新編排，數(shù)據(jù)丟失是不能接受的(雖然它可以從其他節(jié)點中恢復數(shù)據(jù)，但是很費時)。為解決這個問題，Kubernetes中的卷抽象(Volume abstraction)特性將用于映射MongoDB數(shù)據(jù)文件夾到一個持久化地址，避免容器的失敗或重編排。

同一組MongoDB數(shù)據(jù)庫備份節(jié)點之間需要通信，即使是在重編排之后。同一冗余備份集合的節(jié)點必須知道全部其他節(jié)點的地址，但是當某個容器重編排之后，它的IP地址會變化。例如，所有Kubernetes內(nèi)的容器共享一個IP地址，當pod被重編排之后這個地址就會改變。在Kubernetes中，這個問題可以通過聯(lián)系Kubernetes服務與MongoDB節(jié)點來解決，采用Kubernetes的DNS服務提供主機名給重編排之后的服務。

一旦每個獨立的MongoDB節(jié)點(每個節(jié)點在單獨容器中)啟動起來，備份集合必須初始化，并把每個節(jié)點加入進來。這需要編排工具提供額外的邏輯。特別是備份集合中只有一個MongoDB節(jié)點時，必須執(zhí)行rs.initiate和rs.add命令。

如果編排框架提供自動化重編排容器功能(如Kubernetes的特性)，那么這可以提高MongoDB的容災性，節(jié)點會在掛掉之后自動重新創(chuàng)建，恢復到完整冗余水平且不需要人工干預。

當編排框架掌控所有容器的狀態(tài)時，它并不管理容器內(nèi)的應用或者備份數(shù)據(jù)。這就意味著采用一個有效的管理和備份方案很重要，如MongoDB Cloud Manager，包括MongoDB Enterprise Advanced和MongoDB Professional兩部分?？紤]到需要創(chuàng)建鏡像，可采用你傾向的MongoDB版本和MongoDB Automation Agent。

利用Docker和Kubernetes實現(xiàn)MongoDB冗余備份

如前一節(jié)所述，MongoDB這類分布式數(shù)據(jù)庫在利用編排框架(如Kubernetes)進行部署時需要額外考慮。本節(jié)將對這部分細節(jié)進行分析，并介紹如何實現(xiàn)。

首先，我們在一個單獨的Kubernetes集群(同一個數(shù)據(jù)中心內(nèi)，并不存在物理上的冗余備份)中創(chuàng)建整個MongoDB冗余集合。如果跨多個數(shù)據(jù)中心進行創(chuàng)建，其步驟也差異不大，后續(xù)將會介紹。

備份中的每個成員都運行在獨自的pod中，只暴露其IP地址和端口。固定的IP地址對于外部應用和其他冗余備份節(jié)點非常重要，它決定了哪些pod將被重新部署。

下圖展示了其中一個pod與關(guān)聯(lián)的冗余控制器和服務的關(guān)系。

深入這些配置中描述的資源，內(nèi)容如下：

啟動核心節(jié)點mongo-node1。該節(jié)點包括了一個叫做的mongo的鏡像，來源于Docker Hub(https://hub.docker.com/_/mongo/)，其暴露27107端口。

Kubernetes的卷特性用于映射/data/db文件夾到持久化目錄mongo-persistent-storage1;該目錄為Google Cloud上創(chuàng)建的目錄映射mongodb-disk1，用于持久化MongoDB的數(shù)據(jù)。

容器由pod進行管理，標記為mongo-node，同時對rod提供一個隨機生成的名字。

冗余控制器命名為mongo-rc1，用于確保mongo-node1的實例一直處于運行中。

負載均衡服務命名為mongo-svc-a用27017暴露端口。該服務通過pod的標簽匹配正確的服務到對應的pod上，對外暴露的ip和端口給應用程序使用，同時用于冗余備份集合中各節(jié)點的通信。雖然每個容器擁有內(nèi)部ip，但是當容器被重啟或者移動之后它們會變更，因此不能用于冗余備份集合之間的通信。

下圖展示了冗余備份及中的另一個成員信息：

90%的配置是相同的，只有幾處不同：

硬盤和卷的名字必須是***的，于是采用mongodb-disk2和mongo-persisitent-storage2

Pod分配到jane實例，同時節(jié)點命名為mongo-node2，用于區(qū)分新服務與圖1中的Pod

冗余控制命名為mongo-rc2

服務命名為mongo-svc-b，并獲取一個不同的外部IP地址(本例子中，Kubernets分配為104.1.4.5)

第三個冗余備份成員的配置仿照上述的模式進行，下圖展示了完整的冗余配置集合：

注意，即使配置如圖3一樣，在一個三個或者多個節(jié)點的Kubernetes集群上，Kubernetes可能會調(diào)度兩個或者多個MongoDB冗余備份成員在同一個宿主機上。這是因為Kubernetes將三個pod視為三個獨立的服務。

為了增加冗余，需要創(chuàng)建一個額外的headless服務。該服務不具備提供外部服務的能力，甚至沒有外部IP地址，但是它用于通知Kubernetes這三個MongoDB Pod是屬于同一個服務，于是Kubernetes會將它們調(diào)度在不同的節(jié)點上。

 具體的配置文件和相關(guān)操作命令可以從《啟動微服務：容器&調(diào)度說明白皮書》中找到。其中包含了三個特殊的步驟確保合并三個MongoDB到一個功能中，即本文中描述的冗余備份。

多個可用區(qū)域MongoDB冗余集合

所有冗余部件均運行在同一個GCE集群上時具有很高的風險，在同一個zone的集群也一樣。如果發(fā)生一個重大事件導致可用zone離線，那么MongoDB冗余集合也就不可用。如果需要地理上的冗余備份，那么三個pod需要運行在不同的zone內(nèi)。

只需要很少的改動就可以創(chuàng)建這樣一個冗余備份集合。每一個集群需要獨自的Kubernetes YAML文件來定義pod、冗余控制器和服務。然后，就可以完成一個zone的集群創(chuàng)建、持久化存儲和MongoDB節(jié)點。

下圖展示了運行在不同zone上的冗余結(jié)合：