Kubernetes部署MySQL主从集群

本文将介绍如何在k8s上搭建一个主从的mysql集群，该集群满足如下要求

• 搭建一个主从复制（Master-Slave）的MySQL集群
• 从节点可以水平扩展
• 所有的写操作只能在主节点上执行
• 读操作可以在主从节点上执行
• 从节点能同步主节点的数据

创建主从的configmap

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: mysql
  namespace: weixnie
  labels:
    app: mysql
data:
  master.cnf: |
    # Apply this config only on the master.
    [mysqld]
    log-bin
    skip-grant-tables    
  slave.cnf: |
    # Apply this config only on slaves.
    [mysqld]
    super-read-only
    skip-grant-tables   

创建主从实例的service

# Headless service for stable DNS entries of StatefulSet members.
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mysql
  namespace: weixnie
  labels:
    app: mysql
spec:
  ports:
  - name: mysql
    port: 3306
  clusterIP: None
  selector:
    app: mysql
---
# Client service for connecting to any MySQL instance for reads.
# For writes, you must instead connect to the master: mysql-0.mysql.
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mysql-read
  namespace: weixnie
  labels:
    app: mysql
spec:
  ports:
  - name: mysql
    port: 3306
  selector:
    app: mysql

这个无头服务给 StatefulSet 控制器为集合中每个 Pod 创建的 DNS 条目提供了一个宿主。 因为服务名为 mysql，所以可以通过在同一 Kubernetes 集群和名字中的任何其他 Pod 内解析 <Pod 名称>.mysql 来访问 Pod。

客户端服务称为 mysql-read，是一种常规服务，具有其自己的集群 IP。 该集群 IP 在报告就绪的所有MySQL Pod 之间分配连接。 可能的端点集合包括 MySQL 主节点和所有副本节点。

请注意，只有读查询才能使用负载平衡的客户端服务。 因为只有一个 MySQL 主服务器，所以客户端应直接连接到 MySQL 主服务器 Pod （通过其在无头服务中的 DNS 条目）以执行写入操作。

为mysql创建密码

apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: mysql-secret
  namespace: weixnie
  labels:
    app: mysql
type: Opaque
data:
  password: MTIzNDU2 # echo -n "123456" | base64

部署mysql的StatefulSet负载

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: mysql
  namespace: weixnie
  labels:
    app: mysql
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: mysql
  serviceName: mysql
  replicas: 2
  template:
    metadata:
      labels:
        app: mysql
    spec:
      initContainers:
      - name: init-mysql
        image: mysql:5.7
        env:
        - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: mysql-secret
              key: password
        command:
        - bash
        - "-c"
        - |
          set -ex
          # 从 Pod 的序号，生成 server-id
          [[ $(hostname) =~ -([0-9]+)$ ]] || exit 1
          ordinal=${BASH_REMATCH[1]}
          echo [mysqld] > /mnt/conf.d/server-id.cnf
          # 由于 server-id 不能为 0，因此给 ID 加 100 来避开它
          echo server-id=$((100 + $ordinal)) >> /mnt/conf.d/server-id.cnf
          # 如果 Pod 的序号为 0，说明它是 Master 节点，从 ConfigMap 里把 Master 的配置文件拷贝到 /mnt/conf.d 目录下
          # 否则，拷贝 ConfigMap 里的 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
      - name: clone-mysql
        image: ist0ne/xtrabackup:1.0
        env:
        - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: mysql-secret
              key: password
        command:
        - bash
        - "-c"
        - |
          set -ex
          # 拷贝操作只需要在第一次启动时进行，所以数据已经存在则跳过
          [[ -d /var/lib/mysql/mysql ]] && exit 0
          # Master 节点（序号为 0）不需要这个操作
          [[ $(hostname) =~ -([0-9]+)$ ]] || exit 1
          ordinal=${BASH_REMATCH[1]}
          [[ $ordinal == 0 ]] && exit 0
          # 使用 ncat 指令，远程地从前一个节点拷贝数据到本地
          ncat --recv-only mysql-$(($ordinal-1)).mysql 3307 | xbstream -x -C /var/lib/mysql
          # 执行 --prepare，这样拷贝来的数据就可以用作恢复了
          xtrabackup --prepare --target-dir=/var/lib/mysql
        volumeMounts:
        - name: data
          mountPath: /var/lib/mysql
          subPath: mysql
        - name: conf
          mountPath: /etc/mysql/conf.d
      containers:
      - name: mysql
        image: mysql:5.7
        env:
#        - name: MYSQL_ALLOW_EMPTY_PASSWORD
#          value: "1"
        - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: mysql-secret
              key: password
        ports:
        - name: mysql
          containerPort: 3306
        volumeMounts:
        - name: data
          mountPath: /var/lib/mysql
          subPath: mysql
        - name: conf
          mountPath: /etc/mysql/conf.d
        resources:
          requests:
            cpu: 500m
            memory: 1Gi
        livenessProbe:
          exec:
            command: ["mysqladmin", "ping", "-uroot", "-p${MYSQL_ROOT_PASSWORD}"]
          initialDelaySeconds: 30
          periodSeconds: 10
          timeoutSeconds: 5
        readinessProbe:
          exec:
            command: ["mysqladmin", "ping", "-uroot", "-p${MYSQL_ROOT_PASSWORD}"]
          initialDelaySeconds: 5
          periodSeconds: 2
          timeoutSeconds: 1
      - name: xtrabackup
        image: ist0ne/xtrabackup:1.0
        ports:
        - name: xtrabackup
          containerPort: 3307
        env:
        - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: mysql-secret
              key: password
        command:
        - bash
        - "-c"
        - |
          set -ex
          cd /var/lib/mysql
          # 从备份信息文件里读取 MASTER_LOG_FILE 和 MASTER_LOG_POS 这 2 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，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
            # 如果只是存在 xtrabackup_binlog_info 文件，说明备份来自于 Master 节点，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
          # 如果存在 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 -uroot -p${MYSQL_ROOT_PASSWORD} -e "SELECT 1"; do sleep 1; done
            echo "Initializing replication from clone position"
            # 将文件 change_master_to.sql.in 改个名字
            # 防止这个 Container 重启的时候，因为又找到了 change_master_to.sql.in，从而重复执行一遍初始化流程
            mv change_master_to.sql.in change_master_to.sql.orig
            # 使用 change_master_to.sql.orig 的内容，也就是前面拼装的 SQL，组成一个完整的初始化和启动 Slave 的 SQL 语句
            mysql -h 127.0.0.1 -uroot -p${MYSQL_ROOT_PASSWORD} << EOF
          $(< change_master_to.sql.orig),
            MASTER_HOST='mysql-0.mysql.weixnie',
            MASTER_USER='root',
            MASTER_PASSWORD='${MYSQL_ROOT_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 --password=${MYSQL_ROOT_PASSWORD}"
        volumeMounts:
        - name: data
          mountPath: /var/lib/mysql
          subPath: mysql
        - name: conf
          mountPath: /etc/mysql/conf.d
      volumes:
      - name: conf
        emptyDir: {}
      - name: config-map
        configMap:
          name: mysql
  volumeClaimTemplates:
  - metadata:
      name: data
    spec:
      accessModes: ["ReadWriteOnce"]
      resources:
        requests:
          storage: 10Gi

测试

同命名空间下起了一个mysql客户端的工具进行测试，我们对主实例进行写，然后可以直接从从实例读取数据，说明主从数据复制成功。

bash-4.4# mysql -h mysql-0.mysql <<EOF
CREATE DATABASE test;
CREATE TABLE test.messages (message VARCHAR(250));
INSERT INTO test.messages VALUES ('hello');
EOF

bash-4.4# mysql -h mysql-read -e "SELECT * FROM test.messages"
+---------+
| message |
+---------+
| hello   |
+---------+

扩展副本数

使用MySQL复制，你可以通过添加副本节点来扩展读取查询的能力。 使用 StatefulSet，你可以使用单个命令执行此操作

kubectl scale statefulset mysql --replicas=5 -n weixnie