Kubernetes和数据库

Kubernetes是开发中一项重大的改进，而数据库是应用程序的重要组成部分。在本文中，我们将展示如何在Kubernetes中部署数据库，以及可以使用哪些方法在Kubernetes中部署数据库。

数据库

数据库是一种用于在计算机系统上存储和处理数据的系统。数据库引擎可以在数据库上创建，读取，更新和删除。数据库由数据库管理系统（DBMS）控制。

在大多数数据库中，数据按行和列进行建模，称为关系型，这种类型的数据库在80年代占主导地位。在2000年代，非关系数据库开始流行，被称为No-SQL，它们使用不同的查询语言，并且这些类型的数据库可用于键值对。

StatefulSet

在本文中，我们将在Kubernetes中部署数据库，因此我们必须了解什么是StatefulSet。

StatefulSet是用于管理有状态应用程序的工作负载。它管理一组Pod的实现和扩展，并保证这些Pod的顺序和唯一性。

像Deployment一样，StatefulSet也管理具有相同容器规范的一组Pod。由StatefulSets维护的Pod具有唯一的，持久的身份和稳定的主机名，而不用管它们位于哪个节点上。如果我们想要一个跨存储的持久性，我们可以创建一个持久性卷并将StatefulSet用作解决方案的一部分。即使StatefulSet中的Pod容易发生故障，存储卷与新Pod进行匹配也很容易。

StatefulSet对于需要以下一项或多项功能的应用程序很有价值：

稳定的唯一网络标识符。
稳定，持久的存储。
有序，顺畅的部署和扩展。
有序的自动滚动更新。

在Kubernetes上部署数据库时，我们需要使用StatefulSet，但是使用StatefulSet有一些局限性：

需要使用持久性存储卷为Pod提供存储。
删除副本或按比例缩小副本将不会删除附加到StatefulSet的存储卷。存储卷确保数据的安全性。
StatefulSet当前需要Headless Service 来负责Pod的网络标识。
与Deployment 不同，StatefulSet不保证删除StatefulSet资源时删除所有Pod，而Deployment在被删除时会删除与Deployment关联的所有Pod。在删除StatefulSet之前，你必须将pod副本数量缩小到0 。

Kubernetes上的数据库

我们可以将数据库作为有状态应用程序部署到Kubernetes。通常，当我们部署Pod时，它们具有自己的存储空间，但是该存储空间是短暂的-如果容器被杀死了，则其存储空间将随之消失。

因此，我们需要有一个Kubernetes资源对象来解决这种情况：当我们想要数据持久化时，我们就把Pod和持久化存储卷声明关联。通过这种方式，如果我们的容器被杀死了，我们的数据仍将位于集群中，新的pod也能够相应地访问数据。

Pod -> PVC-> PV

PV =持久性存储
PVC =持久性存储声明

Operators将数据库部署到Kubernetes

我们可以使用由Oracle开发的Kubernetes Operators来部署MySQL数据库：

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

使用Crunchydata开发的PostgreSQL Operators，、将PostgreSQL部署到Kubernetes：

https://github.com/CrunchyData/postgres-operator

使用MongoDB开发的Operators，可将MongoDB Enterprise部署到Kubernetes集群：

https://github.com/mongodb/mongodb-enterprise-kubernetes

在Kubernetes上部署数据库是否可行？

在当今世界上，越来越多的公司致力于容器技术。在进行深入研究之前，让我们回顾一下用于运行数据库的选项。

1.完全托管的数据库

完全托管的数据库是那些不用自己来管理的数据库-这种管理可以由AWS Google，Azure或Digital Cloud等云提供商完成。托管数据库包括Amazon Web Services，Aurora DynamoDB或Google Spanner等。

使用这些完全托管的数据库的优势是操作少，云提供商可以处理许多维护任务，例如备份，扩展补丁等。你只需创建数据库即可构建应用程序，其他的由云提供商帮你处理。

2.在VM或本地自行部署

使用此选项，你可以将数据库部署到任何虚拟机（EC2或Compute Engine），并且将拥有完全控制权。你将能够部署任何版本的数据库，并且可以设置自己的安全性和备份计划。

另一方面，这意味着你将自行管理，修补，扩展或配置数据库。这将增加基础架构的成本，但具有灵活性的优势。

3.在Kubernetes上运行

在Kubernetes中部署数据库更接近full-ops选项，但是从Kubernetes提供的自动化方面来看，你将获得一些好处--能够保持数据库应用程序的正常运行。

要注意，pod是短暂的，因此数据库应用程序重新启动或失败的可能性更大。另外，你将负责更具体的数据库管理任务，例如备份，扩展等。

选择在Kubernetes上部署数据库时要考虑的一些重要点是：

有一些自定义资源和 operators可用于在Kubernetes上管理数据库。
具有缓存层和瞬时态存储的数据库更适合Kubernetes。
你必须了解数据库中可用的复制模式。异步复制模式为数据丢失留有空间，因为事务可能会提交给主数据库，而不会提交给从数据库。

上面，我们用一个简单的图表来显示在Kubernetes上部署数据库时的决策。

首先，我们需要尝试了解数据库是否具有与Kubernetes友好的功能，例如MySQL或PostgreSQL，然后我们查找kubernetes operators将数据库与其他功能打包在一起。

第二个问题是-考虑到在Kubernetes中部署数据库需要多少工作量，这是可以接受的？我们是否有一个运维团队，或者在托管数据库上部署数据库是否可行？

在Kubernetes上部署有状态应用程序：

步骤1：部署MySQL服务

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

首先，我们在端口3306上为MySQL数据库部署服务，所有Pod均具有标签键app: mysql。

接下来，创建以下资源：

Kubectl create -f mysql_service.yaml

步骤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端口上创建带有MySQL5.6镜像和密码(使用secret)的Pod。我们还将附加一个持久卷mysql-pv-claim，将在接下来的步骤中进行显示。

创建资源：

Kubectl create -f mysql_deployment.yaml

第3步：创建持久卷

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

这将创建一个持久卷，我们将使用它来附加到容器，以确保Pod重启时的数据安全。该持久卷具有ReadWriteOne访问模式，拥有20GB的存储空间，存放路径是/ mnt/data，我们所有的数据都将保存在该路径中。

创建以下资源：

Kubectl create -f persistence_volume.yaml

第4步：创建持久卷声明

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

该声明从上面创建的“持久卷”中声明20GB，并具有与上面的“持久卷”相同的访问模式。

创建以下资源：

Kubectl create -f pvClaim.yaml

步骤5：测试MySQL数据库

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

此命令在运行MySQL的集群中创建一个新的Pod，并连接到MySQL服务器。如果连接成功，则说明你的MySQL数据库已启动并正在运行。

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>

以上完整代码存放在这个位置：https://github.com/zarakM/mysql-k8.git

总结

有状态应用程序是存储用户会话状态的应用程序，保存的数据称为应用程序状态。
StatefulSet是一个Kubernetes资源对象，用于管理有状态应用程序，并提供有关Pod顺序和唯一性的保证。
通过删除StatefulSet，不会删除StatefulSet中的pod。相反如果删除，你必须将有状态应用程序副本数量缩小为0。
Kubernetes上的数据库部署有一个持久存储卷，只要你的集群正在运行，该存储卷就可以永久存储数据。这意味着它可以抵御pod的破坏，并且创建的任何新pod将能够再次使用该存储卷。
完全托管的数据库是由云提供商管理的数据库。我们不必管理数据库。这些数据库需要额外的费用，但是如果你想专注于应用程序，它们是最佳选择。
你可以通过VM部署数据库。但你将必须处理所有数据库操作，例如扩展，设置和修补。
最后，我们展示了如何在Kubernetes上部署数据库。

译文链接： https://www.magalix.com/blog/kubernetes-and-database

如何在Kubernetes上部署MySQL数据库