Kubernetes改變了開發(fā)的方式，數(shù)據(jù)庫(kù)是應(yīng)用程序的重要組成部分。在本文中，我們將展示如何在Kubernetes中部署數(shù)據(jù)庫(kù)，以及可以使用哪些方法在Kubernetes中部署數(shù)據(jù)庫(kù)。

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01數(shù)據(jù)庫(kù)

數(shù)據(jù)庫(kù)是一種用于在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫(kù)引擎可以在數(shù)據(jù)庫(kù)上創(chuàng)建，讀取，更新和刪除。數(shù)據(jù)庫(kù)由數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DBMS)控制。

在大多數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)中，數(shù)據(jù)按行和列進(jìn)行建模，稱為關(guān)系型，這種類型的數(shù)據(jù)庫(kù)在80年代占主導(dǎo)地位。在2000年代，非關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)開始流行，被稱為No-SQL，它們使用不同的查詢語言，并且這些類型的數(shù)據(jù)庫(kù)可用于鍵值對(duì)。

02StatefulSet

在本文中，我們將在Kubernetes中部署數(shù)據(jù)庫(kù)，因此我們必須了解什么是StatefulSet。

StatefulSet是用于管理有狀態(tài)應(yīng)用程序的工作負(fù)載。它管理一組Pod的實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展，并保證這些Pod的順序和唯一性。

像Deployment一樣，StatefulSet也管理具有相同容器規(guī)范的一組Pod。由StatefulSets維護(hù)的Pod具有唯一的，持久的身份和穩(wěn)定的主機(jī)名，而不用管它們位于哪個(gè)節(jié)點(diǎn)上。如果我們想要一個(gè)跨存儲(chǔ)的持久性，我們可以創(chuàng)建一個(gè)持久性卷并將StatefulSet用作解決方案的一部分。即使StatefulSet中的Pod容易發(fā)生故障，存儲(chǔ)卷與新Pod進(jìn)行匹配也很容易。

StatefulSet對(duì)于需要以下一項(xiàng)或多項(xiàng)功能的應(yīng)用程序很有價(jià)值：

• 穩(wěn)定的唯一網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符。
• 穩(wěn)定，持久的存儲(chǔ)。
• 有序，順暢的部署和擴(kuò)展。
• 有序的自動(dòng)滾動(dòng)更新。

在Kubernetes上部署數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，我們需要使用StatefulSet，但是使用StatefulSet有一些局限性：

• 需要使用持久性存儲(chǔ)卷為Pod提供存儲(chǔ)。
• 刪除副本或按比例縮小副本將不會(huì)刪除附加到StatefulSet的存儲(chǔ)卷。存儲(chǔ)卷確保數(shù)據(jù)的安全性。
• StatefulSet當(dāng)前需要Headless Service 來負(fù)責(zé)Pod的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)。
• 與Deployment 不同，StatefulSet不保證刪除StatefulSet資源時(shí)刪除所有Pod，而Deployment在被刪除時(shí)會(huì)刪除與Deployment關(guān)聯(lián)的所有Pod。在刪除StatefulSet之前，你必須將pod副本數(shù)量縮小到0 。

03Kubernetes上的數(shù)據(jù)庫(kù)

我們可以將數(shù)據(jù)庫(kù)作為有狀態(tài)應(yīng)用程序部署到Kubernetes。通常，當(dāng)我們部署Pod時(shí)，它們具有自己的存儲(chǔ)空間，但是該存儲(chǔ)空間是短暫的-如果容器被殺死了，則其存儲(chǔ)空間將隨之消失。

因此，我們需要有一個(gè)Kubernetes資源對(duì)象來解決這種情況：當(dāng)我們想要數(shù)據(jù)持久化時(shí)，我們就把Pod和持久化存儲(chǔ)卷聲明關(guān)聯(lián)。通過這種方式，如果我們的容器被殺死了，我們的數(shù)據(jù)仍將位于集群中，新的pod也能夠相應(yīng)地訪問數(shù)據(jù)。

Pod -> PVC-> PV

• PV =持久性存儲(chǔ)
• PVC =持久性存儲(chǔ)聲明

04Operators將數(shù)據(jù)庫(kù)部署到Kubernetes

• 我們可以使用由Oracle開發(fā)的Kubernetes Operators來部署MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)：

https://github.com/oracle/mysql-operator

• 使用Crunchydata開發(fā)的PostgreSQL Operators，、將PostgreSQL部署到Kubernetes：

https://github.com/CrunchyData/postgres

-operator

• 使用MongoDB開發(fā)的Operators，可將MongoDB Enterprise部署到Kubernetes集群：

https://github.com/mongodb/mongodb

-enterprise-kubernetes

05在Kubernetes上部署數(shù)據(jù)庫(kù)是否可行?

在當(dāng)今世界上，越來越多的公司致力于容器技術(shù)。在進(jìn)行深入研究之前，讓我們回顧一下用于運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的選項(xiàng)。

1.完全托管的數(shù)據(jù)庫(kù)

完全托管的數(shù)據(jù)庫(kù)是那些不用自己來管理的數(shù)據(jù)庫(kù)-這種管理可以由AWS Google，Azure或Digital Cloud等云提供商完成。托管數(shù)據(jù)庫(kù)包括Amazon Web Services，Aurora DynamoDB或Google Spanner等。

使用這些完全托管的數(shù)據(jù)庫(kù)的優(yōu)勢(shì)是操作少，云提供商可以處理許多維護(hù)任務(wù)，例如備份，擴(kuò)展補(bǔ)丁等。你只需創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)即可構(gòu)建應(yīng)用程序，其他的由云提供商幫你處理。

2.在VM或本地自行部署

使用此選項(xiàng)，你可以將數(shù)據(jù)庫(kù)部署到任何虛擬機(jī)(EC2或Compute Engine)，并且將擁有完全控制權(quán)。你將能夠部署任何版本的數(shù)據(jù)庫(kù)，并且可以設(shè)置自己的安全性和備份計(jì)劃。

另一方面，這意味著你將自行管理，修補(bǔ)，擴(kuò)展或配置數(shù)據(jù)庫(kù)。這將增加基礎(chǔ)架構(gòu)的成本，但具有靈活性的優(yōu)勢(shì)。

3.在Kubernetes上運(yùn)行

在Kubernetes中部署數(shù)據(jù)庫(kù)更接近full-ops選項(xiàng)，但是從Kubernetes提供的自動(dòng)化方面來看，你將獲得一些好處–能夠保持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序的正常運(yùn)行。

要注意，pod是短暫的，因此數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序重新啟動(dòng)或失敗的可能性更大。另外，你將負(fù)責(zé)更具體的數(shù)據(jù)庫(kù)管理任務(wù)，例如備份，擴(kuò)展等。

選擇在Kubernetes上部署數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)要考慮的一些重要點(diǎn)是：

• 有一些自定義資源和 operators可用于在Kubernetes上管理數(shù)據(jù)庫(kù)。
• 具有緩存層和瞬時(shí)態(tài)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)更適合Kubernetes。
• 你必須了解數(shù)據(jù)庫(kù)中可用的復(fù)制模式。異步復(fù)制模式為數(shù)據(jù)丟失留有空間，因?yàn)槭聞?wù)可能會(huì)提交給主數(shù)據(jù)庫(kù)，而不會(huì)提交給從數(shù)據(jù)庫(kù)。

上面，我們用一個(gè)簡(jiǎn)單的圖表來顯示在Kubernetes上部署數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)的決策。

首先，我們需要嘗試了解數(shù)據(jù)庫(kù)是否具有與Kubernetes友好的功能，例如MySQL或PostgreSQL，然后我們查找kubernetes operators將數(shù)據(jù)庫(kù)與其他功能打包在一起。

第二個(gè)問題是，考慮到在Kubernetes中部署數(shù)據(jù)庫(kù)需要多少工作量，這是可以接受的?我們是否有一個(gè)運(yùn)維團(tuán)隊(duì)，或者在托管數(shù)據(jù)庫(kù)上部署數(shù)據(jù)庫(kù)是否可行?

06在Kubernetes上部署有狀態(tài)應(yīng)用程序

步驟1：部署MySQL服務(wù)

apiVersion: v1 
kind: Service 
metadata: 
name: mysql 
spec: 
ports: 
- port: 3306 
selector: 
app: mysql 
clusterIP: None 

首先，我們?cè)诙丝?306上為MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)部署服務(wù)，所有Pod均具有標(biāo)簽鍵app: mysql。

接下來，創(chuàng)建以下資源：

Kubectl create -f mysql_service.yaml 

步驟2：部署MySQL Deployment

apiVersion: apps/v1 # for versions before 1.9.0 use apps/v1beta2 
kind: Deployment 
metadata: 
name: mysql 
spec: 
selector: 
matchLabels: 
app: mysql 
strategy: 
type: Recreate 
template: 
metadata: 
labels: 
app: mysql 
spec: 
containers: 
- image: mysql:5.6 
name: mysql 
env: 
          # Use secret in real usage 
- name: MYSQL_ROOT_PASSWORD 
value: password 
ports: 
- containerPort: 3306 
name: mysql 
volumeMounts: 
- name: mysql-persistent-storage 
mountPath: /var/lib/mysql 
volumes: 
- name: mysql-persistent-storage 
persistentVolumeClaim: 
claimName: mysql-pv-claim 

此Deployment在3306端口上創(chuàng)建帶有MySQL5.6鏡像和密碼(使用secret)的Pod。我們還將附加一個(gè)持久卷mysql-pv-claim，將在接下來的步驟中進(jìn)行顯示。

創(chuàng)建資源：

Kubectl create -f mysql_deployment.yaml 

第3步：創(chuàng)建持久卷

apiVersion: v1 
kind: PersistentVolume 
metadata: 
name: mysql-pv-volume 
labels: 
type: local 
spec: 
storageClassName: manual 
capacity: 
storage: 20Gi 
accessModes: 
- ReadWriteOnce 
hostPath: 
path: "/mnt/data" 

這將創(chuàng)建一個(gè)持久卷，我們將使用它來附加到容器，以確保Pod重啟時(shí)的數(shù)據(jù)安全。該持久卷具有ReadWriteOne訪問模式，擁有20GB的存儲(chǔ)空間，存放路徑是/ mnt/data，我們所有的數(shù)據(jù)都將保存在該路徑中。

創(chuàng)建以下資源：

Kubectl create -f persistence_volume.yaml 

第4步：創(chuàng)建持久卷聲明

apiVersion: v1 
kind: PersistentVolumeClaim 
metadata: 
name: mysql-pv-claim 
spec: 
storageClassName: manual 
accessModes: 
- ReadWriteOnce 
resources: 
requests: 
storage: 20Gi 

該聲明從上面創(chuàng)建的“持久卷”中聲明20GB，并具有與上面的“持久卷”相同的訪問模式。

創(chuàng)建以下資源：

Kubectl create -f pvClaim.yaml 

步驟5：測(cè)試MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)

kubectl run -it --rm --image=mysql:5.6 --restart=Never mysql-client -- mysql -h mysql -ppassword 

此命令在運(yùn)行MySQL的集群中創(chuàng)建一個(gè)新的Pod，并連接到MySQL服務(wù)器。如果連接成功，則說明你的MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)已啟動(dòng)并正在運(yùn)行。

Waiting for pod default/mysql-client-274442439-zyp6i to be running, status is Pending, pod ready: false 
If you don't see a command prompt, try pressing enter. 
mysql> 

07總結(jié)

• 有狀態(tài)應(yīng)用程序是存儲(chǔ)用戶會(huì)話狀態(tài)的應(yīng)用程序，保存的數(shù)據(jù)稱為應(yīng)用程序狀態(tài)。
• StatefulSet是一個(gè)Kubernetes資源對(duì)象，用于管理有狀態(tài)應(yīng)用程序，并提供有關(guān)Pod順序和唯一性的保證。
• 通過刪除StatefulSet，不會(huì)刪除StatefulSet中的pod。相反如果刪除，你必須將有狀態(tài)應(yīng)用程序副本數(shù)量縮小為0。
• Kubernetes上的數(shù)據(jù)庫(kù)部署有一個(gè)持久存儲(chǔ)卷，只要你的集群正在運(yùn)行，該存儲(chǔ)卷就可以永久存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。這意味著它可以抵御pod的破壞，并且創(chuàng)建的任何新pod將能夠再次使用該存儲(chǔ)卷。
• 完全托管的數(shù)據(jù)庫(kù)是由云提供商管理的數(shù)據(jù)庫(kù)。我們不必管理數(shù)據(jù)庫(kù)。這些數(shù)據(jù)庫(kù)需要額外的費(fèi)用，但是如果你想專注于應(yīng)用程序，它們是最佳選擇。
• 你可以通過VM部署數(shù)據(jù)庫(kù)。但你將必須處理所有數(shù)據(jù)庫(kù)操作，例如擴(kuò)展，設(shè)置和修補(bǔ)。
• 最后，我們展示了如何在Kubernetes上部署數(shù)據(jù)庫(kù)。