在k8s 中部署有状态服务MongoDB高可用集群详解（附带镜像）

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🏅个人专栏：《Kubernetes航线图：从船长到K8s掌舵者》 🏅

🔖行路有良友，便是天堂🔖

目录

一、前言

 1、k8s简介

2、MongoDB介绍

3、为什么要使用MongoDB 

4、Mongodb高可用方案 

二、环境准备

1、k8s集群搭建

2、MongoDB镜像准备

3、NFS存储准备

4、PV准备

5、准备configmap文件

6、创建Service

三、创建MongoDB服务

1、导入镜像

2、初始化mongo集群

3、添加外部访问

一、前言

 1、k8s简介

 Kubernetes单词起源于希腊语, 是“舵手”或者“领航员、飞行员”的意思。

Kubernetes（简称K8s）的前世今生可以追溯到谷歌（Google）内部的一个项目，它起源于2003年，当时谷歌正面临着不断增长的应用程序和服务的管理挑战。这个项目最初被称为"Borg"，是一个早期的容器编排系统。Borg 的成功经验成为 Kubernetes 开发的契机。

 有关k8s起源的介绍，请参考《初识K8s之前世今生、架构、组件、前景》这篇文章

​

​

Kubernetes的优点包括可移植性、可伸缩性和扩展性。它使用轻型的YAML清单文件实现声明性部署方法，对于应用程序更新，无需重新构建基础结构。管理员可以计划和部署容器，根据需要扩展容器并管理其生命周期。借助Kubernetes的开放源代码API，用户可以通过首选编程语言、操作系统、库和消息传递总线来构建应用程序，还可以将现有持续集成和持续交付（CI/CD）工具集成。

2、MongoDB介绍

MongoDB是一个基于分布式文件存储的数据库，由C++语言编写，旨在为WEB应用提供可扩展的高性能数据存储解决方案。MongoDB是一个介于关系数据库和非关系数据库之间的产品，是非关系数据库当中功能最丰富、最像关系数据库的。它支持的数据结构非常松散，是类似json的bson格式，因此可以存储比较复杂的数据类型。Mongo最大的特点是它支持的查询语言非常强大，其语法有点类似于面向对象的查询语言，几乎可以实现类似关系数据库单表查询的绝大部分功能，而且还支持对数据建立索引。

3、为什么要使用MongoDB 

  1. 灵活的数据模型：MongoDB采用文档型数据存储，文档以JSON格式存储，无需严格的预定义模式，使得数据存储更加灵活，适应数据模型的变化。
  2. 适用于大规模数据：MongoDB支持水平扩展和垂直扩展，可以处理大规模数据集，并提供高吞吐量和低延迟的查询性能。
  3. 高性能：MongoDB具有高效的查询引擎和索引机制，支持各种复杂的查询操作，并能够快速地返回结果，满足实时数据处理和分析的需求。
  4. 高可用性：MongoDB支持副本集和分片集群，提供自动故障转移和自动恢复功能，确保数据的持久性和可靠性，降低了系统的停机时间。
  5. 丰富的功能：MongoDB提供了丰富的功能和工具，包括复制、分片、索引、聚合框架、地理空间查询等，满足了各种数据管理和分析的需求。
  6. 易于部署和管理：MongoDB提供了简单易用的管理界面和命令行工具，支持各种部署方式，包括单节点部署、副本集部署和分片集群部署，便于开发人员快速构建和部署应用程序。
  7. 活跃的社区和生态系统：MongoDB拥有庞大的开发者社区和丰富的生态系统，提供了各种工具、驱动程序和扩展，支持开发人员快速构建和部署应用程序。

4、Mongodb高可用方案 

MongoDB的高可用方案主要包括复制集（Replica Set）和分片集群（Sharded Cluster）。

复制集：


复制集是MongoDB实现高可用性的基础方案。它由多个MongoDB实例组成，包括一个主节点（Primary）和多个从节点（Secondary）。主节点负责处理所有的写操作，并将数据变更的操作日志（Oplog）复制给从节点。从节点则复制主节点的数据，并可以处理读操作。当主节点发生故障时，从节点会通过选举产生新的主节点，确保服务的连续性。这种架构可以提供一定程度的数据冗余，防止数据丢失。但需要注意的是，复制集最多只能容忍一个节点的故障，当多个节点同时发生故障时，系统将无法正常运行。

分片集群：


分片集群是通过将数据划分为多个分片（Shard）存储在多台服务器上来实现高可用的方案。每个分片可以是一个独立的MongoDB副本集，包含主节点和从节点。应用程序通过路由器（Router）连接到分片集群，并根据分片键将数据路由到相应的分片。这种架构可以实现水平扩展，提高系统的吞吐量和存储能力。

二、环境准备

1、k8s集群搭建

这里我们使用的 k8s 集群的版本是 v1.23.1，如果还未搭建k8s集群，可以参考《在Centos中搭建 K8s 1.23 集群超详细讲解》这篇文章

2、MongoDB镜像准备

准备部署MongoDB所需的docker镜像，离线的镜像包我已经传到资源列表《mongo:4.2的docker镜像离线包》中了，大家可以自行下载，下载完成后，使用 docker load -i mongo.tar.gz 命令导入到work节点即可

3、NFS存储准备

后端存储我们使用网络存储NFS，这样，即使Pod漂移或被误删除，数据依然还在，不会丢失，NFS Server 的搭建请参考《搭建NFS服务器，部署k8s集群，并在k8s中使用NFS作为持久化储存》这篇文章

安装完成后，在NFS服务器上，创建3个数据目录，供Mongo集群使用

[root@nfs data]# mkdir /data/mongo-1 -p && mkdir /data/mongo-2 -p && mkdir /data/mongo-3 -p
[root@nfs data]# mkdir /data/mongo-1/data -p && mkdir /data/mongo-2/data -p && mkdir /data/mongo-3/data -p
[root@nfs data]# mkdir /data/mongo-1/key -p && mkdir /data/mongo-2/key -p && mkdir /data/mongo-3/key -p

添加权限

[root@nfs data]# vim /etc/exports
#添加如下内容
/data/ *(rw,sync,no_root_squash)

[root@nfs data]# exportfs -arv
exporting *:/data

4、PV准备

上面在NFS服务器上创建了3个数据目录，用于存储mongo的数据，接下来创建3个PV。调用上面的NFS存储

在k8s Master节点上编辑创建PV的YAML文件

[root@master1 mongo]# vim pv.yaml
# 添加以下内容
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: mongo-pv-1
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  capacity:
    storage: 5Gi
  nfs:
    path: /data/mongo-1
    readOnly: false
    server: 192.168.40.179
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: mongo-pv-2
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  capacity:
    storage: 5Gi
  nfs:
    path: /data/mongo-2
    readOnly: false
    server: 192.168.40.179
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: mongo-pv-3
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  capacity:
    storage: 5Gi
  nfs:
    path: /data/mongo-3
    readOnly: false
    server: 192.168.40.179
[root@master1 mongo]# kubectl apply -f  pv.yaml
persistentvolume/mongo-pv-1 created
persistentvolume/mongo-pv-2 created
persistentvolume/mongo-pv-3 created

5、准备configmap文件

[root@master1 mongo]# vim config.yaml
# 添加如下内容
apiVersion: v1
data:
  mongod.conf: |-
    dbpath=/mongo/data
    #logpath=/mongo/log/mongodb.log
    pidfilepath=/mongo/key/master.pid
    directoryperdb=true
    logappend=true
    bind_ip=0.0.0.0
    port=27017
kind: ConfigMap
metadata:
  name: mongodb-conf
  namespace: mongo
[root@master1 mongo]# kubectl apply -f  config.yaml

6、创建Service

在k8s Master节点上编写创建Service所需的YAML文件

[root@master1 mongo]# vim service.yaml
#输入以下内容
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  namespace: mongo
  name: mongo-1 #需要与podname同名
  labels:
    name: mongo
spec:
  ports:
  - name: mongo-port
    port: 27017
  clusterIP: None
  selector:
    name: mongo-1
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  namespace: mongo
  name: mongo-2 #需要与podname同名
  labels:
    name: mongo
spec:
  ports:
  - name: mongo-port
    port: 27017
  clusterIP: None
  selector:
    name: mongo-2
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  namespace: mongo
  name: mongo-3 #需要与podname同名
  labels:
    name: mongo
spec:
  ports:
  - name: mongo-port
    port: 27017
  clusterIP: None
  selector:
    name: mongo-3
[root@master1 mongo]# kubectl apply -f  service.yaml

三、创建MongoDB服务

1、导入镜像

在k8s 各work节点上，导入mongo的镜像

[root@node1 ~]# docker load -i mongo.tar.gz

2、编辑创建mongo的YAML文件

[root@master1 mongo]# vim mongo-sts.yaml
#添加如下内容
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata: 
  namespace: mongo
  name: mongo-1
spec: 
  selector: 
    matchLabels: 
      name: mongo-1
  serviceName: "mongo-1"
  replicas: 1
  podManagementPolicy: Parallel
  template: 
    metadata: 
      labels: 
        name: mongo-1
        app: mongo-cluster
    spec: 
      containers: 
      - name: mongo
        image: mongo:4.2
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        command:  
        - mongod 
        - "-f"
        - "/etc/mongod.conf"
        - "--bind_ip_all"
        - "--replSet"
        - rs0
        ports: 
        - containerPort: 27017
        volumeMounts: 
        - name: mongo-cnf-volume
          mountPath: /etc/mongod.conf/
          subPath: mongod.conf
        - name: mongo-dir 
          mountPath: /mongo
      volumes:
        - name: mongo-cnf-volume     #映射configMap信息
          configMap:
            name: mongodb-conf
            items:
              - key: mongod.conf
                path: mongod.conf

  volumeClaimTemplates:
  - metadata:
      name: mongo-dir
    spec:
      accessModes: [ "ReadWriteOnce" ]
      resources:
        requests:
          storage: 5Gi
---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata: 
  namespace: mongo
  name: mongo-2
spec: 
  selector: 
    matchLabels: 
      name: mongo-2
  serviceName: "mongo-2"
  replicas: 1
  podManagementPolicy: Parallel
  template: 
    metadata: 
      labels: 
        name: mongo-2
        app: mongo-cluster
    spec: 
      containers: 
      - name: mongo
        image: mongo:4.2
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        command:  
        - mongod 
        - "-f"
        - "/etc/mongod.conf"
        - "--bind_ip_all"
        - "--replSet"
        - rs0
        ports: 
        - containerPort: 27017
        volumeMounts: 
        - name: mongo-cnf-volume
          mountPath: /etc/mongod.conf/
          subPath: mongod.conf
        - name: mongo-dir
          mountPath: /mongo
      volumes:
        - name: mongo-cnf-volume     #映射configMap信息
          configMap:
            name: mongodb-conf
            items:
              - key: mongod.conf
                path: mongod.conf

  volumeClaimTemplates:
  - metadata:
      name: mongo-dir
    spec:
      accessModes: [ "ReadWriteOnce" ]
      resources:
        requests:
          storage: 5Gi
---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata: 
  namespace: mongo
  name: mongo-3
spec: 
  selector: 
    matchLabels: 
      name: mongo-3
  serviceName: "mongo-3"
  replicas: 1
  podManagementPolicy: Parallel
  template: 
    metadata: 
      labels: 
        name: mongo-3
        app: mongo-cluster
    spec: 
      containers: 
      - name: mongo
        image: mongo:4.2
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        command:  
        - mongod 
        - "-f"
        - "/etc/mongod.conf"
        - "--bind_ip_all"
        - "--replSet"
        - rs0
        ports: 
        - containerPort: 27017
        volumeMounts: 
        - name: mongo-cnf-volume
          mountPath: /etc/mongod.conf/
          subPath: mongod.conf
        - name: mongo-dir
          mountPath: /mongo
      volumes:
        - name: mongo-cnf-volume     #映射configMap信息
          configMap:
            name: mongodb-conf
            items:
              - key: mongod.conf
                path: mongod.conf

  volumeClaimTemplates:
  - metadata:
      name: mongo-dir
    spec:
      accessModes: [ "ReadWriteOnce" ]
      resources:
        requests:
          storage: 5Gi
[root@master1 mongo]# kubectl apply -f  mongo-sts.yaml 
[root@master ~]# kubectl exec -it mongo-1-0 -n mongo -- /bin/bash

2、初始化mongo集群

进入到第一个pod中

[root@master ~]# kubectl exec -it mongo-1-0 -n mongo -- /bin/bash
root@mongo-1-0:/# mongo

初始化集群

rs.initiate({  _id:"rs0", // replSet指定的名称
  members:[{    _id:0,    host:"mongo-1.mongo.svc.cluster.local:27017" // 主节点ip与端口,
  }]
})

将mongo-2和mongo-3加入到集群

rs0:PRIMARY> rs.add("mongo-2.mongo.svc.cluster.local:27017")
rs0:PRIMARY> rs.add("mongo-3.mongo.svc.cluster.local:27017")

3、添加外部访问

[root@master mongo]# vim nodeport.yaml
#添加如下内容
#master nodeport service
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mongo-1-front-service
  labels:
    name: mongo-1
  namespace: mongo
spec:
  selector:
    name: mongo-1
  type: NodePort
  externalTrafficPolicy: Cluster
  ports:
    - name: mongo-http
      nodePort: 30882
      port: 27017
      protocol: TCP
      targetPort: 27017
---
#slave nodeport service
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mongo-2-front-service
  labels:
    name: mongo-2
  namespace: mongo
spec:
  selector:
    name: mongo-2
  type: NodePort
  externalTrafficPolicy: Cluster
  ports:
    - name: mongo-http
      nodePort: 30883
      port: 27017
      protocol: TCP
      targetPort: 27017
---
#slave nodeport service
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mongo-3-front-service
  labels:
    name: mongo-3
  namespace: mongo
spec:
  selector:
    name: mongo-3
  type: NodePort
  externalTrafficPolicy: Cluster
  ports:
    - name: mongo-http
      nodePort: 30883
      port: 27017
      protocol: TCP
      targetPort: 27017
[root@master mongo]# kubectl  apply -f  nodeport.yaml

至此，mongo集群部署完成，通过nodeport即可外部访问使用

💕💕💕每一次的分享都是一次成长的旅程，感谢您的陪伴和关注。希望这些关于Kubernetes的文章能陪伴您走过技术的一段旅程，共同见证成长和进步！😺😺😺

🧨🧨🧨让我们一起在技术的海洋中探索前行，共同书写美好的未来！！！

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