Kubernetes 构建 Redis 集群

一、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

二、概念介绍

在开始之前先来详细介绍一下几个概念和原理。

1、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

2、StatefulSet

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

三、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

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。在K8s上搭建Mysql集群

1、创建 ConfigMap

先创建redis.conf配置文件

appendonly yescluster-enabled yescluster-config-file /var/lib/redis/nodes.confcluster-node-timeout 5000dir /var/lib/redisport 6379

复制代码

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

2、创建 HeadlessService

apiVersion: v1kind: Servicemetadata:  name: redis-service  labels:    app: redisspec:  ports:  - name: redis-port    port: 6379  clusterIP: None  selector:    app: redis    appCluster: redis-cluster

复制代码

3、创建 StatefulSet

apiVersion: apps/v1beta1kind: StatefulSetmetadata:  name: redis-appspec:  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

4、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.gztar -xvzf redis-5.0.3.tar.gzcd 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-serviceServer:		10.96.0.10Address:	10.96.0.10#53
Name:	redis-app-0.redis-service.gold.svc.cluster.localAddress: 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：

5、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: v1kind: Servicemetadata:  name: gold-redis  labels:    app: redisspec:  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：

很简单，到这里所有的工作就完毕了~