Kubernetes 部署 Nebula 图数据库集群

网友投稿 552 2022-05-29

Kubernetes 是什么

Kubernetes 是一个开源的,用于管理云平台中多个主机上的容器化的应用,Kubernetes 的目标是让部署容器化的应用简单并且高效,Kubernetes 提供了应用部署,规划,更新,维护的一种机制。

Kubernetes 在设计结构上定义了一系列的构建模块,其目的是为了提供一个可以部署、维护和扩展应用程序的机制,组成 Kubernetes 的组件设计概念为松耦合和可扩展的,这样可以使之满足多种不同的工作负载。可扩展性在很大程度上由 Kubernetes

API 提供,此 API 主要被作为扩展的内部组件以及 Kubernetes 上运行的容器来使用。

Kubernetes 主要由以下几个核心组件组成:

etcd  保存了整个集群的状态

apiserver 提供了资源操作的唯一入口,并提供认证、授权、访问控制、API注册和发现等机制

controller manager 负责维护集群的状态,比如故障检测、自动扩展、滚动更新等

scheduler 负责资源的调度,按照预定的调度策略将Pod调度到相应的机器上

kubelet 负责维护容器的生命周期,同时也负责 Volume和网络的管理

Kubernetes 部署 Nebula 图数据库集群

Container runtime 负责镜像管理以及 Pod 和容器的真正运行(CRI)

kube-proxy 负责为 Service 提供 cluster 内部的服务发现和负载均衡

除了核心组件,还有一些推荐的 Add-ons:

kube-dns 负责为整个集群提供 DNS 服务

Ingress Controller 为服务提供外网入口

Heapster 提供资源监控

Dashboard 提供 GUI

Federation 提供跨可用区的集群

Fluentd-elasticsearch 提供集群日志采集、存储与查询

Kubernetes 和数据库

数据库容器化是最近的一大热点,那么 Kubernetes 能为数据库带来什么好处呢?

故障恢复: Kubernetes 提供故障恢复的功能,数据库应用如果宕掉,Kubernetes 可以将其自动重启,或者将数据库实例迁移到集群中其他节点上

存储管理: Kubernetes 提供了丰富的存储接入方案,数据库应用能透明地使用不同类型的存储系统

负载均衡: Kubernetes Service 提供负载均衡功能,能将外部访问平摊给不同的数据库实例副本上

水平拓展: Kubernetes 可以根据当前数据库集群的资源利用率情况,缩放副本数目,从而提升资源的利用率

目前很多数据库,如:MySQL,MongoDB 和 TiDB 在 Kubernetes 集群中都能运行很良好。

Nebula Graph在Kubernetes中的实践

Nebula Graph 是一个分布式的开源图数据库,主要组件有:Query Engine 的 graphd,数据存储的 storaged,和元数据的 meted。在 Kubernetes 实践过程中,它主要给图数据库 Nebula Graph 带来了以下的好处:

Kubernetes 能分摊 nebula graphd,metad 和 storaged 不副本之间的负载。graphd,metad 和 storaged 可以通过 Kubernetes 的域名服务自动发现彼此。

通过 storageclass,pvc 和 pv 可以屏蔽底层存储细节,无论使用本地卷还是云盘,Kubernetes 均可以屏蔽这些细节。

通过 Kubernetes 可以在几秒内成功部署一套 Nebula 集群,Kubernetes 也可以无感知地实现 Nebula 集群的升级。

Nebula 集群通过 Kubernetes 可以做到自我恢复,单体副本 crash,Kubernetes 可以重新将其拉起,无需运维人员介入。

Kubernetes 可以根据当前 Nebula 集群的资源利用率情况水平伸缩 Nebula 集群,从而提供集群的性能。

下面来讲解下具体的实践内容。

集群部署

这里主要罗列下本文部署涉及到的机器、操作系统参数

操作系统使用的 CentOS-7.6.1810 x86_64

虚拟机配置

4 CPU

8G 内存

50G 系统盘

50G 数据盘A

50G 数据盘B

Kubernetes 集群版本 v1.16

Nebula 版本为 v1.0.0-rc3

使用本地 PV 作为数据存储

以下为集群清单

安装 Helm

准备本地磁盘,并安装本地卷插件

安装 nebula 集群

安装 ingress-controller

安装 Helm

Helm 是 Kubernetes 集群上的包管理工具,类似 CentOS 上的 yum,Ubuntu 上的 apt-get。使用 Helm 可以极大地降低使用 Kubernetes 部署应用的门槛。由于本篇文章不做 Helm 详细介绍,有兴趣的小伙伴可自行阅读《Helm 入门指南》

使用下面命令在终端执行即可安装 Helm

[root@nebula ~]# wget https://get.helm.sh/helm-v3.0.1-linux-amd64.tar.gz [root@nebula ~]# tar -zxvf helm/helm-v3.0.1-linux-amd64.tgz[root@nebula ~]# mv linux-amd64/helm /usr/bin/helm[root@nebula ~]# chmod +x /usr/bin/helm

执行 helm version 命令即可查看对应的 Helm 版本,以文本为例,以下为输出结果:

version.BuildInfo{     Version:"v3.0.1",      GitCommit:"7c22ef9ce89e0ebeb7125ba2ebf7d421f3e82ffa",      GitTreeState:"clean",      GoVersion:"go1.13.4"}

设置本地磁盘

在每台机器上做如下配置

[root@nebula ~]# sudo mkdir -p /mnt/disks

[root@nebula ~]# sudo mkfs.ext4 /dev/diskA [root@nebula ~]# sudo mkfs.ext4 /dev/diskB

[root@nebula ~]# DISKA_UUID=$(blkid -s UUID -o value /dev/diskA) [root@nebula ~]# DISKB_UUID=$(blkid -s UUID -o value /dev/diskB) [root@nebula ~]# sudo mkdir /mnt/disks/$DISKA_UUID[root@nebula ~]# sudo mkdir /mnt/disks/$DISKB_UUID[root@nebula ~]# sudo mount -t ext4 /dev/diskA /mnt/disks/$DISKA_UUID[root@nebula ~]# sudo mount -t ext4 /dev/diskB /mnt/disks/$DISKB_UUID[root@nebula ~]# echo UUID=`sudo blkid -s UUID -o value /dev/diskA` /mnt/disks/$DISKA_UUID ext4 defaults 0 2 | sudo tee -a /etc/fstab[root@nebula ~]# echo UUID=`sudo blkid -s UUID -o value /dev/diskB` /mnt/disks/$DISKB_UUID ext4 defaults 0 2 | sudo tee -a /etc/fstab

部署本地卷插件

[root@nebula ~]# curl https://github.com/kubernetes-sigs/sig-storage-local-static-provisioner/archive/v2.3.3.zip[root@nebula ~]# unzip v2.3.3.zip

修改 v2.3.3/helm/provisioner/values.yaml

## Common options.#common:   #   # Defines whether to generate service account and role bindings.   #  rbac: true   #   # Defines the namespace where provisioner runs   #  namespace: default   #   # Defines whether to create provisioner namespace   #  createNamespace: false   #   # Beta PV.NodeAffinity field is used by default. If running against pre-1.10   # k8s version, the `useAlphaAPI` flag must be enabled in the configMap.   #  useAlphaAPI: false   #   # Indicates if PVs should be dependents of the owner Node.   #  setPVOwnerRef: false   #   # Provisioner clean volumes in process by default. If set to true, provisioner   # will use Jobs to clean.   #  useJobForCleaning: false   #   # Provisioner name contains Node.UID by default. If set to true, the provisioner   # name will only use Node.Name.   #  useNodeNameOnly: false   #   # Resync period in reflectors will be random between minResyncPeriod and   # 2*minResyncPeriod. Default: 5m0s.   #   #minResyncPeriod: 5m0s   #   # Defines the name of configmap used by Provisioner   #  configMapName: "local-provisioner-config"   #   # Enables or disables Pod Security Policy creation and binding   #  podSecurityPolicy: false## Configure storage classes.#classes:- name: fast-disks # Defines name of storage classe.   # Path on the host where local volumes of this storage class are mounted   # under.  hostDir: /mnt/fast-disks   # Optionally specify mount path of local volumes. By default, we use same   # path as hostDir in container.   # mountDir: /mnt/fast-disks   # The volume mode of created PersistentVolume object. Default to Filesystem   # if not specified.  volumeMode: Filesystem   # Filesystem type to mount.   # It applies only when the source path is a block device,   # and desire volume mode is Filesystem.   # Must be a filesystem type supported by the host operating system.  fsType: ext4  blockCleanerCommand:   #  Do a quick reset of the block device during its cleanup.   #  - "/scripts/quick_reset.sh"   #  or use dd to zero out block dev in two iterations by uncommenting these lines   #  - "/scripts/dd_zero.sh"   #  - "2"   # or run shred utility for 2 iteration.s     - "/scripts/shred.sh"     - "2"   # or blkdiscard utility by uncommenting the line below.   #  - "/scripts/blkdiscard.sh"   # Uncomment to create storage class object with default configuration.   # storageClass: true   # Uncomment to create storage class object and configure it.   # storageClass:     # reclaimPolicy: Delete # Available reclaim policies: Delete/Retain, defaults: Delete.     # isDefaultClass: true # set as default class## Configure DaemonSet for provisioner.#daemonset:   #   # Defines the name of a Provisioner   #  name: "local-volume-provisioner"   #   # Defines Provisioner's image name including container registry.   #  image: quay.io/external_storage/local-volume-provisioner:v2.3.3   #   # Defines Image download policy, see kubernetes documentation for available values.   #   #imagePullPolicy: Always   #   # Defines a name of the service account which Provisioner will use to communicate with API server.   #  serviceAccount: local-storage-admin   #   # Defines a name of the Pod Priority Class to use with the Provisioner DaemonSet   #   # Note that if you want to make it critical, specify "system-cluster-critical"   # or "system-node-critical" and deploy in kube-system namespace.   # Ref: https://k8s.io/docs/tasks/administer-cluster/guaranteed-scheduling-critical-addon-pods/#marking-pod-as-critical   #   #priorityClassName: system-node-critical   # If configured, nodeSelector will add a nodeSelector field to the DaemonSet PodSpec.   #   # NodeSelector constraint for local-volume-provisioner scheduling to nodes.   # Ref: https://kubernetes.io/docs/concepts/configuration/assign-pod-node/#nodeselector  nodeSelector: {}   #   # If configured KubeConfigEnv will (optionally) specify the location of kubeconfig file on the node.   #  kubeConfigEnv: KUBECONFIG   #   # List of node labels to be copied to the PVs created by the provisioner in a format:   #   #  nodeLabels:   #    - failure-domain.beta.kubernetes.io/zone   #    - failure-domain.beta.kubernetes.io/region   #   # If configured, tolerations will add a toleration field to the DaemonSet PodSpec.   #   # Node tolerations for local-volume-provisioner scheduling to nodes with taints.   # Ref: https://kubernetes.io/docs/concepts/configuration/taint-and-toleration/  tolerations: []   #   # If configured, resources will set the requests/limits field to the Daemonset PodSpec.   # Ref: https://kubernetes.io/docs/concepts/configuration/manage-compute-resources-container/  resources: {}## Configure Prometheus monitoring#prometheus:  operator:     ## Are you using Prometheus Operator?    enabled: false    serviceMonitor:       ## Interval at which Prometheus scrapes the provisioner      interval: 10s       # Namespace Prometheus is installed in      namespace: monitoring       ## Defaults to whats used if you follow CoreOS [Prometheus Install Instructions](https://github.com/coreos/prometheus-operator/tree/master/helm#tldr)       ## [Prometheus Selector Label](https://github.com/coreos/prometheus-operator/blob/master/helm/prometheus/templates/prometheus.yaml#L65)       ## [Kube Prometheus Selector Label](https://github.com/coreos/prometheus-operator/blob/master/helm/kube-prometheus/values.yaml#L298)      selector:        prometheus: kube-prometheus

将hostDir: /mnt/fast-disks 改成hostDir: /mnt/disks

将# storageClass: true 改成 storageClass: true

然后执行:

#安装[root@nebula ~]# helm install local-static-provisioner v2.3.3/helm/provisioner#查看local-static-provisioner部署情况[root@nebula ~]# helm list

部署 nebula 集群

# 下载nebula[root@nebula ~]# wget https://github.com/vesoft-inc/nebula/archive/master.zip # 解压[root@nebula ~]# unzip master.zip

下面是 Kubernetes 节点列表,我们需要设置 slave 节点的调度标签。可以将 _192.168.0.2_,_192.168.0.3_,_192.168.0.4_ 打上 nebula: "yes" 的标签。

具体操作如下:

[root@nebula ~]# kubectl  label node 192.168.0.2 nebula="yes" --overwrite [root@nebula ~]# kubectl  label node 192.168.0.3 nebula="yes" --overwrite[root@nebula ~]# kubectl  label node 192.168.0.4 nebula="yes" --overwrite

nebula helm-chart 包目录如下:

master/kubernetes/ └── helm     ├── Chart.yaml     ├── templates     │   ├── configmap.yaml     │   ├── deployment.yaml     │   ├── _helpers.tpl     │   ├── ingress-configmap.yaml\      │   ├── NOTES.txt     │   ├── pdb.yaml     │   ├── service.yaml     │   └── statefulset.yaml     └── values.yaml 2 directories, 10 files

我们需要调整 master/kubernetes/values.yaml  里面的 MetadHosts 的值,将这个 IP List 替换本环境的 3 个 k8s worker 的 ip。

MetadHosts:  - 192.168.0.2:44500   - 192.168.0.3:44500   - 192.168.0.4:44500

# 安装[root@nebula ~]# helm install nebula master/kubernetes/helm # 查看[root@nebula ~]# helm status nebula# 查看k8s集群上nebula部署情况[root@nebula ~]# kubectl get pod  | grep nebulanebula-graphd-579d89c958-g2j2c                   1/1     Running            0          1m nebula-graphd-579d89c958-p7829                   1/1     Running            0          1m nebula-graphd-579d89c958-q74zx                   1/1     Running            0          1m nebula-metad-0                                   1/1     Running            0          1m nebula-metad-1                                   1/1     Running            0          1m nebula-metad-2                                   1/1     Running            0          1m nebula-storaged-0                                1/1     Running            0          1m nebula-storaged-1                                1/1     Running            0          1m nebula-storaged-2                                1/1     Running            0          1m

部署 Ingress-controller

Ingress-controller 是 Kubernetes 的一个 Add-Ons。Kubernetes 通过 ingress-controller 将 Kubernetes 内部署的服务暴露给外部用户访问。Ingress-controller 还提供负载均衡的功能,可以将外部访问流量平摊给 k8s 中应用的不同的副本。

选择一个节点部署 Ingress-controller

[root@nebula ~]# kubectl get node NAME              STATUS     ROLES    AGE   VERSION 192.168.0.1       Ready      master   82d   v1.16.1 192.168.0.2       Ready         82d   v1.16.1 192.168.0.3       Ready         82d   v1.16.1 192.168.0.4       Ready         82d   v1.16.1 [root@nebula ~]# kubectl label node 192.168.0.4 ingress=yes

编写 ingress-nginx.yaml 部署文件

apiVersion: v1 kind: Namespace metadata:   name: ingress-nginx   labels:     app.kubernetes.io/name: ingress-nginx     app.kubernetes.io/part-of: ingress-nginx --- kind: ConfigMap apiVersion: v1 metadata:   name: nginx-configuration   namespace: ingress-nginx   labels:     app.kubernetes.io/name: ingress-nginx     app.kubernetes.io/part-of: ingress-nginx --- kind: ConfigMap apiVersion: v1 metadata:   name: tcp-services   namespace: ingress-nginx   labels:     app.kubernetes.io/name: ingress-nginx     app.kubernetes.io/part-of: ingress-nginx --- kind: ConfigMap apiVersion: v1 metadata:   name: udp-services   namespace: ingress-nginx   labels:     app.kubernetes.io/name: ingress-nginx     app.kubernetes.io/part-of: ingress-nginx --- apiVersion: v1 kind: ServiceAccount metadata:   name: nginx-ingress-serviceaccount   namespace: ingress-nginx   labels:     app.kubernetes.io/name: ingress-nginx     app.kubernetes.io/part-of: ingress-nginx --- apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1 kind: ClusterRole metadata:   name: nginx-ingress-clusterrole   labels:     app.kubernetes.io/name: ingress-nginx     app.kubernetes.io/part-of: ingress-nginx rules:   - apiGroups:       - ""     resources:       - configmaps       - endpoints       - nodes       - pods       - secrets     verbs:       - list       - watch   - apiGroups:       - ""     resources:       - nodes     verbs:       - get   - apiGroups:       - ""     resources:       - services     verbs:       - get       - list       - watch   - apiGroups:       - "extensions"       - "networking.k8s.io"     resources:       - ingresses     verbs:       - get       - list       - watch   - apiGroups:       - ""     resources:       - events     verbs:       - create       - patch   - apiGroups:       - "extensions"       - "networking.k8s.io"     resources:       - ingresses/status     verbs:       - update --- apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1 kind: Role metadata:   name: nginx-ingress-role   namespace: ingress-nginx   labels:     app.kubernetes.io/name: ingress-nginx     app.kubernetes.io/part-of: ingress-nginx rules:   - apiGroups:       - ""     resources:       - configmaps       - pods       - secrets       - namespaces     verbs:       - get   - apiGroups:       - ""     resources:       - configmaps     resourceNames:      # Defaults to "-"       # Here: "-"       # This has to be adapted if you change either parameter       # when launching the nginx-ingress-controller.       - "ingress-controller-leader-nginx"     verbs:       - get       - update   - apiGroups:       - ""     resources:       - configmaps     verbs:       - create   - apiGroups:       - ""     resources:       - endpoints     verbs:       - get --- apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1 kind: RoleBinding metadata:   name: nginx-ingress-role-nisa-binding   namespace: ingress-nginx   labels:     app.kubernetes.io/name: ingress-nginx     app.kubernetes.io/part-of: ingress-nginx roleRef:   apiGroup: rbac.authorization.k8s.io   kind: Role   name: nginx-ingress-role subjects:   - kind: ServiceAccount     name: nginx-ingress-serviceaccount     namespace: ingress-nginx --- apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1 kind: ClusterRoleBinding metadata:   name: nginx-ingress-clusterrole-nisa-binding   labels:     app.kubernetes.io/name: ingress-nginx     app.kubernetes.io/part-of: ingress-nginx roleRef:   apiGroup: rbac.authorization.k8s.io   kind: ClusterRole   name: nginx-ingress-clusterrole subjects:   - kind: ServiceAccount     name: nginx-ingress-serviceaccount     namespace: ingress-nginx --- apiVersion: apps/v1 kind: DaemonSet metadata:   name: nginx-ingress-controller   namespace: ingress-nginx   labels:     app.kubernetes.io/name: ingress-nginx     app.kubernetes.io/part-of: ingress-nginx spec:   selector:     matchLabels:       app.kubernetes.io/name: ingress-nginx       app.kubernetes.io/part-of: ingress-nginx   template:     metadata:       labels:         app.kubernetes.io/name: ingress-nginx         app.kubernetes.io/part-of: ingress-nginx       annotations:         prometheus.io/port: "10254"         prometheus.io/scrape: "true"     spec:       hostNetwork: true       tolerations:         - key: "node-role.kubernetes.io/master"           operator: "Exists"           effect: "NoSchedule"       affinity:         podAntiAffinity:           requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:             - labelSelector:                 matchExpressions:                   - key: app.kubernetes.io/name                     operator: In                     values:                       - ingress-nginx               topologyKey: "ingress-nginx.kubernetes.io/master"       nodeSelector:         ingress: "yes"       serviceAccountName: nginx-ingress-serviceaccount       containers:         - name: nginx-ingress-controller           image: quay.io/kubernetes-ingress-controller/nginx-ingress-controller-amd64:0.26.1           args:             - /nginx-ingress-controller             - --configmap=$(POD_NAMESPACE)/nginx-configuration             - --tcp-services-configmap=default/graphd-services             - --udp-services-configmap=$(POD_NAMESPACE)/udp-services             - --publish-service=$(POD_NAMESPACE)/ingress-nginx             - --annotations-prefix=nginx.ingress.kubernetes.io             - --http-port=8000           securityContext:             allowPrivilegeEscalation: true             capabilities:               drop:                 - ALL               add:                 - NET_BIND_SERVICE            # www-data -> 33             runAsUser: 33           env:             - name: POD_NAME               valueFrom:                 fieldRef:                   fieldPath: metadata.name             - name: POD_NAMESPACE               valueFrom:                 fieldRef:                   fieldPath: metadata.namespace           ports:             - name: http               containerPort: 80             - name: https               containerPort: 443           livenessProbe:             failureThreshold: 3             httpGet:               path: /healthz               port: 10254               scheme: HTTP             initialDelaySeconds: 10             periodSeconds: 10             successThreshold: 1             timeoutSeconds: 10           readinessProbe:             failureThreshold: 3             httpGet:               path: /healthz               port: 10254               scheme: HTTP             periodSeconds: 10             successThreshold: 1             timeoutSeconds: 10

部署 ingress-nginx

# 部署[root@nebula ~]# kubectl create -f ingress-nginx.yaml# 查看部署情况[root@nebula ~]# kubectl get pod -n ingress-nginx NAME                             READY   STATUS    RESTARTS   AGE nginx-ingress-controller-mmms7   1/1     Running   2          1m

访问 nebula 集群

查看 ingress-nginx 所在的节点:

[root@nebula ~]# kubectl get node -l ingress=yes -owide NAME            STATUS   ROLES    AGE   VERSION   INTERNAL-IP    EXTERNAL-IP   OS-IMAGE                KERNEL-VERSION          CONTAINER-RUNTIME 192.168.0.4     Ready       1d   v1.16.1    192.168.0.4            CentOS Linux 7 (Core)   7.6.1810.el7.x86_64     docker://19.3.3

访问 nebula 集群:

[root@nebula ~]# docker run --rm -ti --net=host vesoft/nebula-console:nightly --addr=192.168.0.4 --port=3699

FAQ

搭建高可用的 Kubernetes 可以参考社区文档:https://kubernetes.io/docs/setup/production-environment/tools/kubeadm/high-availability/

你也可以通过 minikube 搭建本地的 Kubernetes 集群,参考文档:https://kubernetes.io/docs/setup/learning-environment/minikube/

在使用 helm install 时,使用 --set 可以设置部署参数,从而覆盖掉 helm chart 中 values.yaml 中的变量。参考文档:https://helm.sh/docs/intro/using_helm/

使用kubectl get pod | grep nebula命令,或者直接在 Kubernetes dashboard 上查看 nebula 集群的运行状况。

参考文档:https://kubernetes.io/zh/docs/concepts/storage/storage-classes/

参考资料

Helm 入门指南

详解 k8s 组件 Ingress 边缘路由器并落地到微服务

附录

Nebula Graph:一个开源的分布式图数据库

GitHub:https://github.com/vesoft-inc/nebula

知乎:zhihu.com/org/nebulagraph/posts

微博:weibo.com/nebulagraph

存储 Kubernetes

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