详细教程丨如何在Kubernetes上部署Redis集群

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介 绍

redis（REmote DIctionary Server的意思）是一个开源的内存数据存储，通常用作数据库、缓存以及消息代理。它可以存储和操作高级的数据结构类型，比如lists、maps、sets以及排序sets。Redis接受多种格式的键，因此可以在服务器上执行操作，减少客户端的工作负载。它将数据库完全地保存在内存中，只使用磁盘进行持久化存储。Redis是一种流行的数据存储解决方案，受到了Github、Pinterest、Snapchat、Twitter、StackOverflow、Flickr等科技巨头的青睐。

为什么要用Redis？

• 它非常快，它由ANSI C编写，可以在Linux、Mac OS X和Solaris等POSIX系统上运行。

• Reis经常被评为最流行的键值数据库以及在容器上使用最流行的NoSql数据库。

• 它的缓存解决方案减少了对云数据库后端的调用。

• 应用程序可以通过客户端API库访问它。

• 所有流行的编程语言都支持Redis。

• 它开源且非常稳定的。
   

Redis的应用案例

• Facebook的一些在线游戏中，游戏分数更新频率非常高。当使用Redis排序set时，即使每分钟有数百万用户和数百万个新分数，执行这些操作都非常简单。

• Twitter在Redis集群中存储了所有用户的时间线。

• Pinterest将用户关注者图存储在Redis集群中，其中的数据分布在数百个实例中。

• Github使用Redis作为队列

什么是Redis集群？

Redis集群是一个多Redis实例的集合，用于通过对数据库分区来扩展数据库，使其更具有弹性。集群中的每个成员，无论是主副本还是次级副本，都管理哈希槽的一个子集。如果一个主服务器出现不能访问的故障，那么它的从属服务器会提升为主服务器。在由三个主节点组成的最小的Redis集群中，每个主节点都有一个从属节点（为了至少能保证最低程度的故障转移），每个主节点分配一个范围在0至16383之间的哈希槽。节点A包含哈希槽范围为从0到5000，节点B为5001到10000，节点C从10001到18383。集群内部的通信则通过内部总线进行，使用gossip协议来传播关于集群的信息或者发现新节点。
 

 
在Kubernetes上部署Redis集群

在Kubernetes中部署Redis集群很有挑战，因为每个Redis实例都依赖于一个配置文件，该文件跟踪其他集群实例及其角色。为此，我们需要结合使用Kubernetes状态集（StatefulSets）和持久卷（PersistentVolumes）。

前期准备

要完成此次的demo，我们需要有下列准备：

• Rancher

• Google云平台或者其他云提供商账号。下面的展示中使用了GKE，不过使用任何云提供商都是可以的，且操作方法大致相同。

 
启动Rancher实例
 

如果你没有Rancher的实例，可以参考这里的Quick Start文档简单快速地启动一个：

https://rancher.com/quick-start/

用Rancher部署GKE集群

用Rancher启动并配置你的Kubernetes集群，具体步骤可以参考文档：

https://rancher.com/docs/rancher/v2.x/en/cluster-provisioning/hosted-kubernetes-clusters/gke/

当集群准备就绪，我们可以通过kubectl指令检查当前状态
 

 
部署Redis

接着部署Redis集群，我们既可以通过kubectl来应用YAML文件，也可以将它们导入到Rancher UI中。下面列出了我们所有需要的YAML文件。
 

 
YAML内容如下：
 
redis-sts.yaml

 
redis-svc.yaml

 
验证部署

 
检查Redis节点是否启动并运行：
 

 
下面的6个卷是我们创建的
 

$ kubectl get pv

NAME                                       CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS   CLAIM                          STORAGECLASS   REASON   AGE

pvc-ae61ad5c-f0a5-11e8-a6e0-42010aa40039   1Gi        RWO            Delete           Bound    default/data-redis-cluster-0   standard                7m

pvc-b74b6ef1-f0a5-11e8-a6e0-42010aa40039   1Gi        RWO            Delete           Bound    default/data-redis-cluster-1   standard                7m

pvc-c4f9b982-f0a5-11e8-a6e0-42010aa40039   1Gi        RWO            Delete           Bound    default/data-redis-cluster-2   standard                6m

pvc-cd7af12d-f0a5-11e8-a6e0-42010aa40039   1Gi        RWO            Delete           Bound    default/data-redis-cluster-3   standard                6m

pvc-d5bd0ad3-f0a5-11e8-a6e0-42010aa40039   1Gi        RWO            Delete           Bound    default/data-redis-cluster-4   standard                6m

我们可以检查任何一个pod，看看它添加的卷：

$ kubectl describe pods redis-cluster-0 | grep pvc

     Normal  SuccessfulAttachVolume  29m   attachdetach-controller                          AttachVolume.Attach succeeded for volume "pvc-ae61ad5c-f0a5-11e8-a6e0-42010aa40039"

 
同样的数据还可以在Rancher UI上看到
 

 
部署Redis集群
 

下一步就是创建Redis集群了。为此，我们需要运行以下命令，输入yes接受配置。前三个节点成为主节点，最后三个节点设置为从属节点。
 

$ kubectl exec -it redis-cluster-0 -- redis-cli --cluster create --cluster-replicas 1 $(kubectl get pods -l app=redis-cluster -o jsonpath='{range.items[*]}{.status.podIP}:6379 ')
 
以下是完整的输出命令：
 

>>> Performing hash slots allocation on 6 nodes...
Master[0] -> Slots 0 - 5460
Master[1] -> Slots 5461 - 10922
Master[2] -> Slots 10923 - 16383
Adding replica 10.60.1.13:6379 to 10.60.2.12:6379
Adding replica 10.60.2.14:6379 to 10.60.1.12:6379
Adding replica 10.60.1.14:6379 to 10.60.2.13:6379
M: 2847de6f6e7c8aaa8b0d2f204cf3ff6e8562a75b 10.60.2.12:6379
   slots:[0-5460] (5461 slots) master
M: 3f119dcdd4a33aab0107409524a633e0d22bac1a 10.60.1.12:6379
   slots:[5461-10922] (5462 slots) master
M: 754823247cf28af9a2a82f61a8caaa63702275a0 10.60.2.13:6379
   slots:[10923-16383] (5461 slots) master
S: 47efe749c97073822cbef9a212a7971a0df8aecd 10.60.1.13:6379
   replicates 2847de6f6e7c8aaa8b0d2f204cf3ff6e8562a75b
S: e40ae789995dc6b0dbb5bb18bd243722451d2e95 10.60.2.14:6379
   replicates 3f119dcdd4a33aab0107409524a633e0d22bac1a
S: 8d627e43d8a7a2142f9f16c2d66b1010fb472079 10.60.1.14:6379
   replicates 754823247cf28af9a2a82f61a8caaa63702275a0
Can I set the above configuration? (type 'yes' to accept): yes
>>> Nodes configuration updated
>>> Assign a different config epoch to each node
>>> Sending CLUSTER MEET messages to join the cluster
Waiting for the cluster to join
....
>>> Performing Cluster Check (using node 10.60.2.12:6379)
M: 2847de6f6e7c8aaa8b0d2f204cf3ff6e8562a75b 10.60.2.12:6379
   slots:[0-5460] (5461 slots) master
   1 additional replica(s)
S: 47efe749c97073822cbef9a212a7971a0df8aecd 10.60.1.13:6379
   slots: (0 slots) slave
   replicates 2847de6f6e7c8aaa8b0d2f204cf3ff6e8562a75b
M: 754823247cf28af9a2a82f61a8caaa63702275a0 10.60.2.13:6379
   slots:[10923-16383] (5461 slots) master
   1 additional replica(s)
M: 3f119dcdd4a33aab0107409524a633e0d22bac1a 10.60.1.12:6379
   slots:[5461-10922] (5462 slots) master
   1 additional replica(s)
S: e40ae789995dc6b0dbb5bb18bd243722451d2e95 10.60.2.14:6379
   slots: (0 slots) slave
   replicates 3f119dcdd4a33aab0107409524a633e0d22bac1a
S: 8d627e43d8a7a2142f9f16c2d66b1010fb472079 10.60.1.14:6379
   slots: (0 slots) slave
   replicates 754823247cf28af9a2a82f61a8caaa63702275a0
[OK] All nodes agree about slots configuration.
>>> Check for open slots...
>>> Check slots coverage...
[OK] All 16384 slots covered.

 
验证集群部署

检查集群细节以及每个成员的角色
 

 
测试Redis集群

我们希望使用集群并且模拟节点故障。对于前一个任务，我们将部署一个简单的python应用程序，而后一个任务，我们将删除一个节点来观察集群行为。

 
部署Hit Counter应用

 
我们将在集群中部署一个简单的应用程序，并在其之前放置一个负载均衡器。该应用程序的目的是在将计数器的值作为HTTP响应返回值返回之前，增加计数器的值，并将值存到Redis集群上。

 
使用kubectl或者Rancher UI部署：
 

 
YAML内容如下：

app-deployment-service.yaml
 


 
Rancher展示了我们创建的资源：一个包含python应用的pod，以及LoadBalancer类型的服务。该服务的详细信息内，将显示其公共IP地址：
 

 
到了这一步，我们可以用浏览器访问IP，生成hit counter的值：
 

 
模拟节点故障

我们可以通过删除pod（使用kubectl或Rancher UI）来模拟集群成员的故障。当我们删除原先是master的redis-cluster-0时，我们看到Kubernetes将redis-cluster-3提升为master，而当redis-cluster-0重新回来时，redis-cluster-3会重新恢复从属身份。
 

 
之 前
 

 
之 后
 

 
我们可以看到redis-cluster-0的IP发生了变化，那么集群是如何恢复的呢？
 

在创建集群时，我们创建了ConfigMap，该ConfigMap又在/conf/update-node.sh处创建了一个脚本，容器在启动时调用该脚本。该脚本使用本地节点的新IP地址更新Redis配置。有了confic中的新IP，集群就可以在新的pod中以不同的IP地址启动并恢复。

在这个过程中，如果我们继续加载页面，计数器仍会继续增加，在集群收敛之后，我们会看到没有丢失任何数据。
 

 
结 论

Redis是一个强大的数据存储和缓存工具。因为Redis存储数据的方式，Redis集群更是能通过提供分片、相关性能优势、线性扩展和高可用性，来进一步扩展其功能。数据在多个节点之间自动分割，即使节点的子集出现故障或者不能和集群其他部分通信，操作仍然能够继续。

有关Redis集群的更多信息，请访问教程（https://redis.io/topics/cluster-tutorial）或者文档（https://redis.io/topics/cluster-spec）。

有关Rancher的更多信息，请访问我们的主页（https://www.cnrancher.com）或者部署文档（https://www.cnrancher.com/docs/rancher/v2.x/cn/overview/）。