导读：在本分步教程中了解如何在 Kubernetes 上运行 MySQL、PostgreSQL、MongoDB 和其他有状态应用程序。

尽管如今几乎没有人质疑使用 Kubernetes (K8s) 来管理容器应用程序，但很多工程师（包括我自己）仍然对在 Kubernetes 上运行数据库持怀疑态度。

由于数据库通常是有状态的应用程序，它们需要持久的数据存储和一致性，而 Kubernetes 是靠无状态应用程序建立起来的。因此，要在 Kubernetes 上运行数据库，您需要确保它可以提供持久存储、备份和恢复以及高可用性和故障转移。

在本教程中，我将使用在 Kubernetes 上创建和运行 MySQL 数据库的示例来演示如何在 Kubernetes 中管理有状态应用程序。

我将深入探讨 StatefulSet、PersistentVolumes (PV)、PersistentVolumeClaims (PVC) 和 StorageClasses 等关键概念。这里将假设你已经了解数据库和Kubernetes。

在开始之前，了解无状态和有状态应用程序之间的区别特别重要。

无状态应用程序不会在请求之间保留数据；每个请求单独处理数据，无需担心共享数据。有状态应用程序会在请求之间保留数据，并在会话或 pod 之间共享数据。数据库等工作负载需要数据持久化。

在 Kubernetes 上运行数据库的相关关键概念

在 Kubernetes 上运行MySQL、PostgreSQL和MongoDB等数据库，需要仔细规划持久存储、稳定网络身份和扩展策略。

在 Kubernetes 中运行数据库时需要考虑以下细节。

数据库存储

每个数据库 pod 都需要自己的 PV 来确保数据持久化。这意味着即使删除或重新启动 pod，数据仍然完好无损。

每个数据库 pod 都分配有专用的 PVC 和 PV。

扩展数据库

在扩展数据库时，确保数据一致性非常重要。StatefulSet 支持运行主从数据库架构（主从），或主只读副本数据库，如 PostgreSQL 或 MySQL。

主数据库处理更新或写入，而辅助数据库复制或同步，从而确保一致性和冗余性。

数据一致性和备份

制定策略来确保所有数据库副本的数据一致性并验证数据的完整性至关重要。定期备份和灾难恢复计划应纳入您的 Kubernetes 工作流程。

这必须包括例行（每周或每月）灾难恢复测试，以验证数据库备份的完整性。

StatefulSets

StatefulSet 是一种 Kubernetes 资源，用于管理数据库等有状态应用程序。它确保 Pod 拥有持久存储，并且即使 Pod 重新启动，数据仍保持完整。

StatefulSet 的主要功能包括：

• 持久存储： StatefulSet 利用 PV，确保每个 pod 都有专用的、稳定的存储，即使在 pod 重新启动后也能保持完整。

• 稳定的网络标识符： StatefulSet 中的每个单独的 pod 都会收到一个唯一且一致的名称，即使在部署后也保持不变；例如：mypod-0，mypod-1，mypod-2。

教程：在 Kubernetes 上创建数据库

要在 Kubernetes 上创建 StatefulSet 应用程序（例如数据库），请按照此分步指南进行操作。

步骤 1：创建 StorageClass（如果您没有）

Kubernetes 中的 StorageClass 在概念上与 类似profile，因为它包含对象的详细信息。存储类定义存储类型（ 或gp2）gp3和 PV 的参数。您可以为动态卷配置和任何不包含特定存储类的 PVC 指定默认存储类。

这是为Amazon EKS创建的存储类的示例。请创建一个名为的新文件storage-class.yaml，并将以下代码复制到该文件中。

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: standard
provisioner: kubernetes.io/aws-ebs # Use the correct provisioner for your cloud provider (AWS, GCP, Azure, etc.)
parameters:
  type: gp3
reclaimPolicy: Retain
通过运行以下命令创建存储类：
kubectl apply -f storage-class.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: mysql-pv
spec:
  capacity:
    storage: 10Gi
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  storageClassName: standard
  hostPath:
    path: /mnt/data # Specify a path in the host for storage

PV 是 Kubernetes 集群中分配的存储。如果启用了动态配置，Kubernetes 将自动创建 PV。

否则，需要手动创建一个。

步骤 3：创建持久卷声明 (PVC)

PVC 充当应用程序与请求的存储之间的接口。PVC 允许您的应用程序从可用的 PV 中请求存储。

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: mysql-pvc
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 10Gi
  storageClassName: standard

步骤 4：部署 MySQL StatefulSet

此代码片段为 MySQL 创建了一个 StatefulSet，这确保每个 MySQL pod（实例）都有自己的唯一标识符、持久存储和稳定的网络身份。

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: mysql
spec:
  serviceName: "mysql"
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: mysql
  template:
    metadata:
      labels:
        app: mysql
    spec:
      containers:
      - name: mysql
        image: mysql:5.7
        ports:
        - containerPort: 3306
          name: mysql
        env:
        - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
          value: "your_password"
        volumeMounts:
        - name: mysql-storage
          mountPath: /var/lib/mysql
  volumeClaimTemplates:
  - metadata:
      name: mysql-storage
    spec:
      accessModes: [ "ReadWriteOnce" ]
      resources:
        requests:
          storage: 10Gi
      storageClassName: standard

步骤 5：为 MySQL 创建无头服务

创建 MySQL StatefulSets 无头服务，以使 Pod 能够在 Kubernetes 集群中相互通信。

以下示例中的无头服务名为mysql。可以使用名称在集群内访问 MySQL Pod，该名称.mysql位于同一 Kubernetes 命名空间和集群中的任何 Pod 内。

# Headless service
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mysql
  labels:
    app: mysql
spec:
  ports:
  - name: mysql
    port: 3306
  selector:
    app: mysql

步骤 6：将 MySQL 日志传输到监控工具

监控MySQL 对于识别数据库性能、瓶颈和错误以及确保数据库健康非常重要。MySQL StatefulSets 的日志可以路由到监控工具，例如Datadog、Grafana、Prometheus 和 ElasticSearch（ELK Stack），以全面了解数据库的性能和健康状况。

需要配置 MySQL 以将日志传输到您的监控工具。常见的监控日志包括：

• 慢查询日志识别运行缓慢的日志

• 错误日志跟踪错误和警告

• 通用查询日志跟踪所有 MySQL 查询

步骤 7：执行定期备份和常规恢复

定期备份以确保 Kubernetes 工作负载的可用性以及例行恢复以验证数据库的完整性非常重要。

Velero是一款开源工具，旨在安全地备份和恢复 Kubernetes 集群和 PV 上的资源。

它是确保你的应用程序或数据库不会丢失任何数据的绝佳解决方案。

Velero 提供 Kubernetes 集群备份、恢复、灾难恢复和计划备份等基本功能。有关更多信息，请查看Velero 的文档（https://velero.io/docs/v1.15/）。

步骤 8：配置数据库警报

在运行数据库和其他 StatefulSet 应用程序的 Kubernetes 环境中，设置警报通知以持续监控并避免性能下降、服务中断、停机或数据损坏至关重要。

可以使用 Datadog、Nagios、Prometheus 和 Grafana 等监控工具来监控和检查数据库的运行状况。

它们可以与 Slack 和PagerDuty等警报通知平台集成，因此每当服务出现问题或数据库出现其他问题时，工程师都会收到通知（通常是电话通知）。

结论

在 Kubernetes 中运行数据库会带来独特的挑战，包括状态管理、持久存储和网络稳定性。

管理员现在就可以轻松地在 Kubernetes 中管理数据库工作负载，通过利用 PersistentVolumes、StorageClasses、StatefulSets 和 PersistentVolumeClaims 等 Kubernetes 工具来确保数据库的完整性与可用性。

随着 Kubernetes 的不断发展，它对 StatefulSets 的支持将会增加，使得在 Kubernetes 中运行数据库成为现代基础设施的强大解决方案。

作者：场长