--- title: 运行一个有状态的应用程序 content_type: tutorial weight: 30 --- 该页面显示如何使用[StatefulSet](/docs/concepts/workloads/controllers/statefulset/) 控制器去运行一个有状态的应用程序。此例是一主多从的 MySQL 集群。 请注意 **这不是生产配置**。 重点是, MySQL 设置保留在不安全的默认值上,使重点放在 Kubernetes 中运行有状态应用程序的常规模式。 ## {{% heading "prerequisites" %}} * {{< include "task-tutorial-prereqs.md" >}} {{< version-check >}} * {{< include "default-storage-class-prereqs.md" >}} * 本教程假定您熟悉 [PersistentVolumes](/docs/concepts/storage/persistent-volumes/) 与 [StatefulSets](/docs/concepts/workloads/controllers/statefulset/), 以及其他核心概念,例如[Pods](/docs/concepts/workloads/pods/pod/), [Services](/docs/concepts/services-networking/service/), 与 [ConfigMaps](/docs/tasks/configure-pod-container/configure-pod-configmap/). * 熟悉 MySQL 会有所帮助,但是本教程旨在介绍对其他系统应该有用的常规模式。 ## {{% heading "objectives" %}} * 使用 StatefulSet 控制器部署复制的 MySQL 拓扑。 * 发送 MySQL 客户端流量。 * 观察对宕机的抵抗力。 * 缩放 StatefulSet 的大小。 ## 部署 MySQL 部署 MySQL 示例,包含一个 ConfigMap,两个 Services,与一个 StatefulSet。 ### ConfigMap 从以下的 YAML 配置文件创建 ConfigMap : {{< codenew file="application/mysql/mysql-configmap.yaml" >}} ```shell kubectl apply -f https://k8s.io/examples/application/mysql/mysql-configmap.yaml ``` 这个 ConfigMap 提供 `my.cnf` 覆盖,使您可以独立控制 MySQL 主服务器和从服务器的配置。 在这种情况下,您希望主服务器能够将复制日志提供给从服务器,并且希望从服务器拒绝任何不是通过复制进行的写操作。 ConfigMap 本身没有什么特别之处,它可以使不同部分应用于不同的 Pod。 每个 Pod 都会决定在初始化时要看基于 StatefulSet 控制器提供的信息。 ### Services 从以下 YAML 配置文件创建服务: {{< codenew file="application/mysql/mysql-services.yaml" >}} ```shell kubectl apply -f https://k8s.io/examples/application/mysql/mysql-services.yaml ``` Headless Service 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 Headless Service 名为 `mysql`,所以可以通过在同一 Kubernetes 集群和 namespace 中的任何其他 Pod 内解析 `.mysql` 来访问 Pod。 客户端 Service 称为 `mysql-read`,是一种常规 Service,具有其自己的群集 IP,该群集 IP 在报告为就绪的所有MySQL Pod 中分配连接。可能端点的集合包括 MySQL 主节点和所有从节点。 请注意,只有读取查询才能使用负载平衡的客户端 Service。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 Headless Service 中的 DNS 条目)以执行写入操作。 ### StatefulSet 最后,从以下 YAML 配置文件创建 StatefulSet: {{< codenew file="application/mysql/mysql-statefulset.yaml" >}} ```shell kubectl apply -f https://k8s.io/examples/application/mysql/mysql-statefulset.yaml ``` 您可以通过运行以下命令查看启动进度: ```shell kubectl get pods -l app=mysql --watch ``` 一段时间后,您应该看到所有3个 Pod 都开始运行: ``` NAME READY STATUS RESTARTS AGE mysql-0 2/2 Running 0 2m mysql-1 2/2 Running 0 1m mysql-2 2/2 Running 0 1m ``` 输入**Ctrl+C**取消观察。 如果您看不到任何进度,确保已启用[前提条件](#before-you-begin)中提到的动态 PersistentVolume 预配器。 该清单使用多种技术来管理作为 StatefulSet 一部分的有状态 Pod。下一节重点介绍其中一些技巧,以解释 StatefulSet 创建 Pod 时发生的状况。 ## 了解有状态的 Pod 初始化 StatefulSet 控制器一次按顺序启动 Pod 序数索引。它一直等到每个 Pod 报告就绪为止,然后再开始下一个 Pod。 此外,控制器为每个 Pod 分配一个唯一,稳定的表单名称 `-` 其结果是 Pods 名为 mysql-0,mysql-1 和 mysql-2。 上述 StatefulSet 清单中的 Pod 模板利用这些属性来执行 MySQL 复制的有序启动。 ### 生成配置 在启动 Pod 规范中的任何容器之前, Pod 首先运行任何[初始容器](/docs/concepts/workloads/pods/init-containers/)按照定义的顺序。 第一个名为 `init-mysql` 的初始化容器,根据序号索引生成特殊的 MySQL 配置文件。 该脚本通过从 Pod 名称的末尾提取索引来确定自己的序号索引,该名称由 `hostname` 命令返回。 然后将序数(带有数字偏移量以避免保留值)保存到 MySQL conf.d 目录中的文件 server-id.cnf 中。 这将转换 StatefulSet 提供的唯一,稳定的身份控制器进入需要相同属性的 MySQL 服务器 ID 的范围。 通过将内容复制到 conf.d 中,init-mysql 容器中的脚本也可以应用 ConfigMap 中的 master.cnf 或 slave.cnf。由于示例拓扑由单个 MySQL 主节点和任意数量的从节点组成,因此脚本仅将序数 `0` 指定为主节点,而将其他所有人指定为从节点。与 StatefulSet 控制器的[部署顺序保证](/docs/concepts/workloads/controllers/statefulset/#deployment-and-scaling-guarantees/),这样可以确保 MySQL 主服务器在创建从服务器之前已准备就绪,以便它们可以开始复制。 ### 克隆现有数据 通常,当新的 Pod 作为从节点加入集合时,必须假定 MySQL 主节点可能已经有数据。还必须假设复制日志可能不会一直追溯到时间的开始。 这些保守假设的关键是允许正在运行的 StatefulSet 随时间扩大和缩小而不是固定在其初始大小。 第二个名为 `clone-mysql` 的初始化容器,第一次在从属 Pod 上以空 PersistentVolume 启动时,会对从属 Pod 执行克隆操作。这意味着它将从另一个运行的 Pod 复制所有现有数据,因此其本地状态足够一致,可以开始主从服务器复制。 MySQL 本身不提供执行此操作的机制,因此该示例使用了一种流行的开源工具 Percona XtraBackup。 在克隆期间,源 MySQL 服务器可能会降低性能。 为了最大程度地减少对 MySQL 主机的影响,该脚本指示每个 Pod 从序号较低的 Pod 中克隆。 可以这样做的原因是 StatefulSet 控制器始终确保在启动 Pod N + 1 之前 Pod N 已准备就绪。 ### 开始复制 初始化容器成功完成后,常规容器将运行。 MySQL Pods 由运行实际 `mysqld` 服务器的 `mysql` 容器和充当[辅助工具](https://kubernetes.io/blog/2015/06/the-distributed-system-toolkit-patterns)的 xtrabackup 容器组成。 `xtrabackup` 辅助工具查看克隆的数据文件,并确定是否有必要在从属服务器上初始化 MySQL 复制。 如果是这样,它将等待 `mysqld` 准备就绪,然后执行带有从 XtraBackup 克隆文件中提取的复制参数 `CHANGE MASTER TO` 和 `START SLAVE` 命令。 一旦从服务器开始复制后,它会记住其 MySQL 主服务器。并且如果服务器重新启动或连接中断,则会自动重新连接。 另外,因为从服务器会以其稳定的 DNS 名称查找主服务器(`mysql-0.mysql`),即使由于重新安排而获得新的 Pod IP,他们也会自动找到主服务器。 最后,开始复制后,`xtrabackup` 容器监听来自其他 Pod 的连接数据克隆请求。 如果 StatefulSet 扩大规模,或者下一个 Pod 失去其 PersistentVolumeClaim 并需要重新克隆,则此服务器将无限期保持运行。 ## 发送客户端流量 您可以通过运行带有 `mysql:5.7` 镜像的临时容器并运行 `mysql` 客户端二进制文件,将测试查询发送到 MySQL 主服务器(主机名 `mysql-0.mysql` )。 ```shell kubectl run mysql-client --image=mysql:5.7 -i --rm --restart=Never --\ mysql -h mysql-0.mysql < 使用主机名 `mysql-read` 将测试查询发送到任何报告为就绪的服务器: ```shell kubectl run mysql-client --image=mysql:5.7 -i -t --rm --restart=Never --\ mysql -h mysql-read -e "SELECT * FROM test.messages" ``` 您应该获得如下输出: ``` Waiting for pod default/mysql-client to be running, status is Pending, pod ready: false +---------+ | message | +---------+ | hello | +---------+ pod "mysql-client" deleted ``` 为了演示 `mysql-read` 服务在服务器之间分配连接,您可以在循环中运行 `SELECT @@server_id`: ```shell kubectl run mysql-client-loop --image=mysql:5.7 -i -t --rm --restart=Never --\ bash -ic "while sleep 1; do mysql -h mysql-read -e 'SELECT @@server_id,NOW()'; done" ``` 您应该看到报告的 `@@server_id` 发生随机变化,因为每次尝试连接时都可能选择了不同的端点: ``` +-------------+---------------------+ | @@server_id | NOW() | +-------------+---------------------+ | 100 | 2006-01-02 15:04:05 | +-------------+---------------------+ +-------------+---------------------+ | @@server_id | NOW() | +-------------+---------------------+ | 102 | 2006-01-02 15:04:06 | +-------------+---------------------+ +-------------+---------------------+ | @@server_id | NOW() | +-------------+---------------------+ | 101 | 2006-01-02 15:04:07 | +-------------+---------------------+ ``` 要停止循环时可以按 **Ctrl+C** ,但是让它在另一个窗口中运行非常有用,这样您就可以看到以下步骤的效果。 ## 模拟 Pod 和 Node 的宕机时间 为了证明从从节点缓存而不是单个服务器读取数据的可用性提高,请在使 Pod 退出 Ready 状态时,保持 `SELECT @@server_id` 循环从上面运行。 ### 退出 Readiness Probe `mysql` 容器的[readiness probe](/docs/tasks/configure-pod-container/configure-liveness-readiness-probes/#define-readiness-probes)运行命令 `mysql -h 127.0.0.1 -e 'SELECT 1'`,以确保服务器已启动并能够执行查询。 迫使 readiness probe 失败的一种方法就是执行该命令: ```shell kubectl exec mysql-2 -c mysql -- mv /usr/bin/mysql /usr/bin/mysql.off ``` 这进入 Pod `mysql-2` 的实际容器文件系统,并重命名 `mysql` 命令,以便 readiness probe 无法找到它。 几秒钟后, Pod 会将其中一个容器报告为未就绪,您可以通过运行以下命令进行检查: ```shell kubectl get pod mysql-2 ``` 在 `就绪` 列中查找 ` 1/2` : ``` NAME READY STATUS RESTARTS AGE mysql-2 1/2 Running 0 3m ``` 此时,您应该会看到 `SELECT @@server_id` 循环继续运行,尽管它不再报告 `102` 。 回想一下,`init-mysql` 脚本将 `server-id` 定义为 `100 + $ordinal` ,因此服务器 ID `102` 对应于 Pod `mysql-2`。 现在修复 Pod,几秒钟后它应该重新出现在循环输出中: ```shell kubectl exec mysql-2 -c mysql -- mv /usr/bin/mysql.off /usr/bin/mysql ``` ### 删除 Pods 如果删除了 Pod,则 StatefulSet 还会重新创建 Pod,类似于 ReplicaSet 对无状态 Pod 所做的操作。 ```shell kubectl delete pod mysql-2 ``` StatefulSet 控制器注意到不再存在 `mysql-2` Pod,并创建了一个具有相同名称并链接到相同 PersistentVolumeClaim 的新 Pod。 您应该看到服务器 ID `102` 从循环输出中消失了一段时间,然后自行返回。 ### 排除 Node 如果您的 Kubernetes 集群具有多个节点,则可以通过发出以下命令[drain](/docs/reference/generated/kubectl/kubectl-commands/#drain)来模拟节点停机时间(例如升级节点时)。 首先确定 MySQL Pods 之一在哪个节点上: ```shell kubectl get pod mysql-2 -o wide ``` 节点名称应显示在最后一列中: ``` NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE mysql-2 2/2 Running 0 15m 10.244.5.27 kubernetes-node-9l2t ``` 然后通过运行以下命令耗尽节点,该命令将其封锁,以使新的 Pod 不能在那里调度,然后驱逐任何现有的 Pod。 将 `` 替换为在上一步中找到的 Node 的名称。 这可能会影响节点上的其他应用程序,因此最好 **仅在测试集群中执行此操作**。 ```shell kubectl drain --force --delete-local-data --ignore-daemonsets ``` 现在,您可以观察 Pod 在其他节点上的重新安排: ```shell kubectl get pod mysql-2 -o wide --watch ``` 它看起来应该像这样: ``` NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE mysql-2 2/2 Terminating 0 15m 10.244.1.56 kubernetes-node-9l2t [...] mysql-2 0/2 Pending 0 0s kubernetes-node-fjlm mysql-2 0/2 Init:0/2 0 0s kubernetes-node-fjlm mysql-2 0/2 Init:1/2 0 20s 10.244.5.32 kubernetes-node-fjlm mysql-2 0/2 PodInitializing 0 21s 10.244.5.32 kubernetes-node-fjlm mysql-2 1/2 Running 0 22s 10.244.5.32 kubernetes-node-fjlm mysql-2 2/2 Running 0 30s 10.244.5.32 kubernetes-node-fjlm ``` 再次,您应该看到服务器 ID `102` 从 `SELECT @@server_id` 循环输出一段时间,然后返回。 现在 uncordon 节点,使其恢复为正常模式: ```shell kubectl uncordon ``` ## 扩展从节点数量 使用 MySQL 复制,您可以通过添加从节点来扩展读取查询的能力。 使用 StatefulSet,您可以使用单个命令执行此操作: ```shell kubectl scale statefulset mysql --replicas=5 ``` 查看新的 Pod 的运行情况: ```shell kubectl get pods -l app=mysql --watch ``` 一旦 Pod 启动,您应该看到服务器 IDs `103` 和 `104` 开始出现在 `SELECT @@server_id` 循环输出中。 您还可以验证这些新服务器在存在之前已添加了数据: ```shell kubectl run mysql-client --image=mysql:5.7 -i -t --rm --restart=Never --\ mysql -h mysql-3.mysql -e "SELECT * FROM test.messages" ``` ``` Waiting for pod default/mysql-client to be running, status is Pending, pod ready: false +---------+ | message | +---------+ | hello | +---------+ pod "mysql-client" deleted ``` 向下缩放也是不停顿的: ```shell kubectl scale statefulset mysql --replicas=3 ``` 但是请注意,按比例放大会自动创建新的 PersistentVolumeClaims,而按比例缩小不会自动删除这些 PVC。 这使您可以选择保留那些初始化的 PVC,以更快地进行缩放,或者在删除它们之前提取数据。 您可以通过运行以下命令查看此信息: ```shell kubectl get pvc -l app=mysql ``` 这表明,尽管将 StatefulSet 缩小为3,所有5个 PVC 仍然存在: ``` NAME STATUS VOLUME CAPACITY ACCESSMODES AGE data-mysql-0 Bound pvc-8acbf5dc-b103-11e6-93fa-42010a800002 10Gi RWO 20m data-mysql-1 Bound pvc-8ad39820-b103-11e6-93fa-42010a800002 10Gi RWO 20m data-mysql-2 Bound pvc-8ad69a6d-b103-11e6-93fa-42010a800002 10Gi RWO 20m data-mysql-3 Bound pvc-50043c45-b1c5-11e6-93fa-42010a800002 10Gi RWO 2m data-mysql-4 Bound pvc-500a9957-b1c5-11e6-93fa-42010a800002 10Gi RWO 2m ``` 如果您不打算重复使用多余的 PVC,则可以删除它们: ```shell kubectl delete pvc data-mysql-3 kubectl delete pvc data-mysql-4 ``` ## {{% heading "cleanup" %}} 1. 通过在终端上按 **Ctrl+C** 取消 `SELECT @@server_id` 循环,或从另一个终端运行以下命令: ```shell kubectl delete pod mysql-client-loop --now ``` 1. 删除 StatefulSet。这也开始终止 Pod。 ```shell kubectl delete statefulset mysql ``` 1. 验证 Pod 消失。 他们可能需要一些时间才能完成终止。 ```shell kubectl get pods -l app=mysql ``` 当以上内容返回时,您将知道 Pod 已终止: ``` No resources found. ``` 1. 删除 ConfigMap,Services 和 PersistentVolumeClaims。 ```shell kubectl delete configmap,service,pvc -l app=mysql ``` 1. 如果您手动设置 PersistentVolume,则还需要手动删除它们,并释放基础资源。 如果您使用了动态预配器,当得知您删除 PersistentVolumeClaims 时,它将自动删除 PersistentVolumes。 一些动态预配器(例如用于 EBS 和 PD 的预配器)也会在删除 PersistentVolumes 时释放基础资源。 ## {{% heading "whatsnext" %}} * 在[Helm Charts 存储库](https://github.com/kubernetes/charts)中查找其他有状态的应用程序示例。