K8s有状态应用（StatefulSet）之Mysql集群

StatefulSet

难点：如何让从节点，拥有主节点的数据，Master 和 Slave 节点的复制和同步。

1 传统步骤

1 安装 master 节点
2 通过 XtraBackup 将 master 节点的数据备份到指定目录。生成 xtrabackup_binlog_info

$ cat xtrabackup_binlog_info
TheMaster-bin.000001     481
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3 配置 slave 节点，将master 数据，备份信息文件，拷贝到 数据目录，执行：

TheSlave|mysql> CHANGE MASTER TO
                MASTER_HOST='$masterip',
                MASTER_USER='xxx',
                MASTER_PASSWORD='xxx',
                MASTER_LOG_FILE='TheMaster-bin.000001',# 对应上面binlog文件名
                MASTER_LOG_POS=481; # 偏移量
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4 启动slave
5 在这个集群中添加更多的 Slave 节点

中转思路

1 Master 节点和 Slave 节点需要有不同的配置文件（即：不同的 my.cnf）；
2 Master 节点和 Slave 节点需要能够传输备份信息文件；
3 在 Slave 节点第一次启动之前，需要执行一些初始化 SQL 操作；

实现

1 ConfigMap

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: mysql
  labels:
    app: mysql
data:
  master.cnf: |
    # 主节点MySQL的配置文件
    [mysqld]
    log-bin
  slave.cnf: |
    # 从节点MySQL的配置文件
    [mysqld]
    super-read-only
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2 Service

# Master
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mysql
  labels:
    app: mysql
spec:
  ports:
  - name: mysql
    port: 3306
  clusterIP: None # Headless Service，通过为 Pod 分配 DNS 记录来固定它的拓扑状态
  selector:
    app: mysql

---

# Slave 常规的 Service
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mysql-read
  labels:
    app: mysql
spec:
  ports:
  - name: mysql
    port: 3306
  selector:
    app: mysql
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3 Master 节点和 Slave 节点需要能够传输备份文件
存储状态用PVC解决。

定义 m 和 s 公共的 StatefulSet Pod

第一步：从 ConfigMap 中，获取 MySQL 的 Pod 对应的配置文件。

      ...
      # template.spec
      initContainers:
      - name: init-mysql
        image: mysql:5.7
        command:
        - bash
        - "-c"
        - |
          set -ex
          # 从Pod的序号，生成server-id
          [[ `hostname` =~ -([0-9]+)$ ]] || exit 1
          ordinal=${BASH_REMATCH[1]}
          echo [mysqld] > /mnt/conf.d/server-id.cnf
          # 由于server-id=0有特殊含义，我们给ID加一个100来避开它
          echo server-id=$((100 + $ordinal)) >> /mnt/conf.d/server-id.cnf
          # 如果Pod序号是0，说明它是Master节点，从ConfigMap里把Master的配置文件拷贝到/mnt/conf.d/目录；
          # 否则，拷贝Slave的配置文件
          if [[ $ordinal -eq 0 ]]; then
            cp /mnt/config-map/master.cnf /mnt/conf.d/
          else
            cp /mnt/config-map/slave.cnf /mnt/conf.d/
          fi
        volumeMounts:
        - name: conf
          mountPath: /mnt/conf.d
        - name: config-map
          mountPath: /mnt/config-map
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init-mysql的容器，pod中 ordinal 获取序号，从而把对应的配置文件从 /mnt/config-map 目录拷贝到 /mnt/conf.d/ 目录下。

      ...
      # template.spec
      volumes:
      - name: conf
        emptyDir: {}
      - name: config-map
        configMap:
          name: mysql
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通过这个定义，init-mysql 在声明了挂载 config-map 这个 Volume 之后，ConfigMap 里保存的内容，就会以文件的方式出现在它的 /mnt/config-map 目录当中。

第二步：在 Slave Pod 启动前，从 Master 或者其他 Slave Pod 里拷贝数据库数据到自己的目录下。

      ...
      # template.spec.initContainers
      - name: clone-mysql
        image: gcr.io/google-samples/xtrabackup:1.0
        command:
        - bash
        - "-c"
        - |
          set -ex
          # 拷贝操作只需要在第一次启动时进行，所以如果数据已经存在，跳过
          [[ -d /var/lib/mysql/mysql ]] && exit 0
          # Master节点(序号为0)不需要做这个操作
          [[ `hostname` =~ -([0-9]+)$ ]] || exit 1
          ordinal=${BASH_REMATCH[1]}
          [[ $ordinal -eq 0 ]] && exit 0
          # 使用ncat指令，远程地从前一个节点拷贝数据到本地
          ncat --recv-only mysql-$(($ordinal-1)).mysql 3307 | xbstream -x -C /var/lib/mysql
          # 执行--prepare，这样拷贝来的数据就可以用作恢复了
          xtrabackup --prepare --target-dir=/var/lib/mysql
          # scp rsync 都可以
        volumeMounts:
        - name: data
          mountPath: /var/lib/mysql
          subPath: mysql
        - name: conf
          mountPath: /etc/mysql/conf.d
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/var/lib/mysql 是 PVC 持久化存储。哪怕宿主机宕机了，我们数据库的数据也不会丢失

如何在 Slave 节点的 MySQL 容器第一次启动之前，执行初始化 SQL

      ...
      # template.spec.containers
      - name: xtrabackup
        image: gcr.io/google-samples/xtrabackup:1.0
        ports:
        - name: xtrabackup
          containerPort: 3307
        command:
        - bash
        - "-c"
        - |
          set -ex
          cd /var/lib/mysql
          
          # 从备份信息文件里读取MASTER_LOG_FILEM和MASTER_LOG_POS这两个字段的值，用来拼装集群初始化SQL
          if [[ -f xtrabackup_slave_info ]]; then
            # 如果xtrabackup_slave_info文件存在，说明这个备份数据来自于另一个Slave节点。这种情况下，XtraBackup工具在备份的时候，就已经在这个文件里自动生成了"CHANGE MASTER TO" SQL语句。所以，我们只需要把这个文件重命名为change_master_to.sql.in，后面直接使用即可
            mv xtrabackup_slave_info change_master_to.sql.in
            # 所以，也就用不着xtrabackup_binlog_info了
            rm -f xtrabackup_binlog_info
          elif [[ -f xtrabackup_binlog_info ]]; then
            # 如果只存在xtrabackup_binlog_inf文件，那说明备份来自于Master节点，我们就需要解析这个备份信息文件，读取所需的两个字段的值
            [[ `cat xtrabackup_binlog_info` =~ ^(.*?)[[:space:]]+(.*?)$ ]] || exit 1
            rm xtrabackup_binlog_info
            # 把两个字段的值拼装成SQL，写入change_master_to.sql.in文件
            echo "CHANGE MASTER TO MASTER_LOG_FILE='${BASH_REMATCH[1]}',\
                  MASTER_LOG_POS=${BASH_REMATCH[2]}" > change_master_to.sql.in
          fi
          
          # 如果change_master_to.sql.in，就意味着需要做集群初始化工作
          if [[ -f change_master_to.sql.in ]]; then
            # 但一定要先等MySQL容器启动之后才能进行下一步连接MySQL的操作
            echo "Waiting for mysqld to be ready (accepting connections)"
            until mysql -h 127.0.0.1 -e "SELECT 1"; do sleep 1; done
            
            echo "Initializing replication from clone position"
            # 将文件change_master_to.sql.in改个名字，防止这个Container重启的时候，因为又找到了change_master_to.sql.in，从而重复执行一遍这个初始化流程
            mv change_master_to.sql.in change_master_to.sql.orig
            # 使用change_master_to.sql.orig的内容，也是就是前面拼装的SQL，组成一个完整的初始化和启动Slave的SQL语句
            mysql -h 127.0.0.1 <<EOF
          $(<change_master_to.sql.orig),
            MASTER_HOST='mysql-0.mysql',
            MASTER_USER='root',
            MASTER_PASSWORD='',
            MASTER_CONNECT_RETRY=10;
          START SLAVE;
          EOF
          fi
          
          # 使用ncat监听3307端口。它的作用是，在收到传输请求的时候，直接执行"xtrabackup --backup"命令，备份MySQL的数据并发送给请求者
          exec ncat --listen --keep-open --send-only --max-conns=1 3307 -c \
            "xtrabackup --backup --slave-info --stream=xbstream --host=127.0.0.1 --user=root"
        volumeMounts:
        - name: data
          mountPath: /var/lib/mysql
          subPath: mysql
        - name: conf
          mountPath: /etc/mysql/conf.d
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sidecar 容器首先会判断当前 Pod 的 /var/lib/mysql 目录下，是否有 xtrabackup_slave_info 这个备份信息文件。如果有，则说明这个目录下的备份数据是由一个 Slave 节点生成的。这种情况下，XtraBackup 工具在备份的时候，就已经在这个文件里自动生成了"CHANGE MASTER TO" SQL 语句。所以，我们只需要把这个文件重命名为 change_master_to.sql.in，后面直接使用即可。如果没有 xtrabackup_slave_info 文件、但是存在 xtrabackup_binlog_info 文件，那就说明备份数据来自于 Master 节点。这种情况下，sidecar 容器就需要解析这个备份信息文件，读取 MASTER_LOG_FILE 和 MASTER_LOG_POS 这两个字段的值，用它们拼装出初始化 SQL 语句，然后把这句 SQL 写入到 change_master_to.sql.in 文件中。

最后是mysql r容器本身

      ...
      # template.spec
      containers:
      - name: mysql
        image: mysql:5.7
        env:
        - name: MYSQL_ALLOW_EMPTY_PASSWORD
          value: "1"
        ports:
        - name: mysql
          containerPort: 3306
        volumeMounts:
        - name: data
          mountPath: /var/lib/mysql # 数据目录
          subPath: mysql
        - name: conf
          mountPath: /etc/mysql/conf.d # 配置文件目录
        resources:
          requests:
            cpu: 500m
            memory: 1Gi
        livenessProbe:
          exec:
            command: ["mysqladmin", "ping"]
          initialDelaySeconds: 30
          periodSeconds: 10
          timeoutSeconds: 5
        readinessProbe:
          exec:
            # 通过TCP连接的方式进行健康检查
            command: ["mysql", "-h", "127.0.0.1", "-e", "SELECT 1"]
          initialDelaySeconds: 5
          periodSeconds: 2
          timeoutSeconds: 1
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