在K8S上搭建Redis集群

今天让我们试着在k8s里部署一个redis集群，了解更多k8s的细节和特性。

环境：minikube v0.30 (kubernetes 1.10)

注：redis-cluster相关的背景知识和细节在此不做赘述，可以参考之前的文章稍作回顾

问题分析

本质上来说，在k8s上部署一个redis集群和部署一个普通应用没有什么太大的区别，但需要注意下面几个问题：

1. REDIS是一个有状态应用

   这是部署redis集群时我们最需要注意的问题，当我们把redis以pod的形式部署在k8s中时，每个pod里缓存的数据都是不一样的，而且pod的IP是会随时变化，这时候如果使用普通的deployment和service来部署redis-cluster就会出现很多问题，因此需要改用StatefulSet + Headless Service来解决

2. 数据持久化

   redis虽然是基于内存的缓存，但还是需要依赖于磁盘进行数据的持久化，以便服务出现问题重启时可以恢复已经缓存的数据。在集群中，我们需要使用共享文件系统 + PV（持久卷）的方式来让整个集群中的所有pod都可以共享同一份持久化储存

概念介绍

在开始之前先来详细介绍一下几个概念和原理

Headless Service

简单的说，Headless Service就是没有指定Cluster IP的Service，相应的，在k8s的dns映射里，Headless Service的解析结果不是一个Cluster IP，而是它所关联的所有Pod的IP列表

StatefulSet

• 参考介绍

StatefulSet是k8s中专门用于解决有状态应用部署的一种资源，总的来说可以认为它是Deployment/RC的一个变种，它有以下几个特性：

1. StatefulSet管理的每个Pod都有唯一的文档/网络标识，并且按照数字规律生成，而不是像Deployment中那样名称和IP都是随机的（比如StatefulSet名字为redis，那么pod名就是redis-0, redis-1 ...）

2. StatefulSet中ReplicaSet的启停顺序是严格受控的，操作第N个pod一定要等前N-1个执行完才可以

3. StatefulSet中的Pod采用稳定的持久化储存，并且对应的PV不会随着Pod的删除而被销毁

另外需要说明的是，StatefulSet必须要配合Headless Service使用，它会在Headless Service提供的DNS映射上再加一层，最终形成精确到每个pod的域名映射，格式如下：

$(podname).$(headless service name)
复制代码

有了这个映射，就可以在配置集群时使用域名替代IP，实现有状态应用集群的管理

方案

借助StatefulSet和Headless Service，集群的部署方案设计如下（图片来自参考文章）：

配置步骤大概罗列如下：

1. 配置共享文件系统NFS
2. 创建PV和PVC
3. 创建ConfigMap
4. 创建Headless Service
5. 创建StatefulSet
6. 初始化redis集群

实际操作

由于使用的是minikube的单node环境，为了简化复杂度，这次先不配置PV和PVC，直接通过普通Volume的方式来挂载数据

创建ConfigMap

先创建redis.conf配置文件

appendonly yes
cluster-enabled yes
cluster-config-file /var/lib/redis/nodes.conf
cluster-node-timeout 5000
dir /var/lib/redis
port 6379
复制代码

然后kubectl create configmap redis-conf --from-file=redis.conf来创建ConfigMap

创建HeadlessService

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: redis-service
  labels:
    app: redis
spec:
  ports:
  - name: redis-port
    port: 6379
  clusterIP: None
  selector:
    app: redis
    appCluster: redis-cluster
复制代码

创建StatefulSet

apiVersion: apps/v1beta1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: redis-app
spec:
  serviceName: "redis-service"
  replicas: 6
  template:
    metadata:
      labels:
        app: redis
        appCluster: redis-cluster
    spec:
      terminationGracePeriodSeconds: 20
      affinity:
        podAntiAffinity:
          preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - weight: 100
            podAffinityTerm:
              labelSelector:
                matchExpressions:
                - key: app
                  operator: In
                  values:
                  - redis
              topologyKey: kubernetes.io/hostname
      containers:
      - name: redis
        image: "registry.cn-qingdao.aliyuncs.com/gold-faas/gold-redis:1.0"
        command:
          - "redis-server"
        args:
          - "/etc/redis/redis.conf"
          - "--protected-mode"
          - "no"
        resources:
          requests:
            cpu: "100m"
            memory: "100Mi"
        ports:
            - name: redis
              containerPort: 6379
              protocol: "TCP"
            - name: cluster
              containerPort: 16379
              protocol: "TCP"
        volumeMounts:
          - name: "redis-conf"
            mountPath: "/etc/redis"
          - name: "redis-data"
            mountPath: "/var/lib/redis"
      volumes:
      - name: "redis-conf"
        configMap:
          name: "redis-conf"
          items:
            - key: "redis.conf"
              path: "redis.conf"
      - name: "redis-data"
        emptyDir: {} 
复制代码

初始化redis集群

StatefulSet创建完毕后，可以看到6个pod已经启动了，但这时候整个redis集群还没有初始化，需要使用官方提供的redis-trib工具。

我们当然可以在任意一个redis节点上运行对应的工具来初始化整个集群，但这么做显然有些不太合适，我们希望每个节点的职责尽可能地单一，所以最好单独起一个pod来运行整个集群的管理工具。

在这里需要先介绍一下redis-trib，它是官方提供的redis-cluster管理工具，可以实现redis集群的创建、更新等功能，在早期的redis版本中，它是以源码包里redis-trib.rb这个ruby脚本的方式来运作的（pip上也可以拉到python版本，但我运行失败），现在（我使用的5.0.3）已经被官方集成进redis-cli中。

开始初始化集群，首先在k8s上创建一个ubuntu的pod，用来作为管理节点：

kubectl run -i --tty redis-cluster-manager --image=ubuntu --restart=Never /bin/bash
复制代码

进入pod内部先安装一些工具，包括wget,dnsutils，然后下载和安装redis：

wget http://download.redis.io/releases/redis-5.0.3.tar.gz
tar -xvzf redis-5.0.3.tar.gz
cd redis-5.0.3.tar.gz && make
复制代码

编译完毕后redis-cli会被放置在src目录下，把它放进/usr/local/bin中方便后续操作

接下来要获取已经创建好的6个节点的host ip，可以通过nslookup结合StatefulSet的域名规则来查找，举个例子，要查找redis-app-0这个pod的ip，运行如下命令：

root@redis-cluster-manager:/# nslookup redis-app-0.redis-service
Server:		10.96.0.10
Address:	10.96.0.10#53

Name:	redis-app-0.redis-service.gold.svc.cluster.local
Address: 172.17.0.10
复制代码

172.17.0.10就是对应的ip。这次部署我们使用0，1，2作为Master节点；3，4，5作为Slave节点，先运行下面的命令来初始化集群的Master节点：

redis-cli --cluster create 172.17.0.10:6379 172.17.0.11:6379 172.17.0.12:6379
复制代码

然后给他们分别附加对应的Slave节点，这里的cluster-master-id在上一步创建的时候会给出：

redis-cli --cluster add-node 172.17.0.13:6379 172.17.0.10:6379 --cluster-slave --cluster-master-id adf443a4d33c4db2c0d4669d61915ae6faa96b46
复制代码

redis-cli --cluster add-node 172.17.0.14:6379 172.17.0.11:6379 --cluster-slave --cluster-master-id 6e5adcb56a871a3d78343a38fcdec67be7ae98f8
复制代码

redis-cli --cluster add-node 172.17.0.16:6379 172.17.0.12:6379 --cluster-slave --cluster-master-id c061e37c5052c22f056fff2a014a9f63c3f47ca0
复制代码

集群初始化后，随意进入一个节点检查一下集群信息：

至此，集群初始化完毕，我们进入一个节点来试试，注意在集群模式下redis-cli必须加上-c参数才能够访问其他节点上的数据：

创建Service

现在进入redis集群中的任意一个节点都可以直接进行操作了，但是为了能够对集群其他的服务提供访问，还需要建立一个service来实现服务发现和负载均衡（注意这里的service和我们之前创建的headless service不是一个东西）

yaml文件如下：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: gold-redis
  labels:
    app: redis
spec:
  ports:
  - name: redis-port
    protocol: "TCP"
    port: 6379
    targetPort: 6379
  selector:
    app: redis
    appCluster: redis-cluster
复制代码

部署完做个测试：

很nice，到这里所有的工作就完毕了~

参考文章：

• 在K8S上部署Redis集群
• kubernetes-redis-cluster