K8s部署Redis主从集群教程

目录

• 一、环境准备
• 1.1 环境说明
• 1.2 安装说明
• 1.3 Redis集群说明
• 1）单实例模式
• 2）哨兵模式
• 3）集群模式
• 二、安装NFS
• 2.1 安装NFS
• 2.2 创建NFS共享文件夹
• 2.3 配置共享文件夹
• 2.4 使配置生效
• 2.5 查看所有共享目录
• 2.6 启动nfs
• 2.7 其他节点安装nfs-utils
• 三、创建PV卷
• 3.1 创建namespace
• 3.2 创建nfs 客户端sa授权
• 3.3 创建nfs 客户端
• 3.4 创建StoreClass
• 3.5 执行命令创建NFS sa授权、NFS客户端以及StoreClass
• 3.6 创建PV
• 3.7 执行命令创建PV
• 3.8 PV卷知识普及（解析为什么需要SC、PV）
• 四、搭建Redis集群
• 4.1 普及知识
• 4.2 创建headless服务
• 4.3 创建redis.conf配置
• 4.4 创建名称为redis-conf的Configmap
• 4.5 创建redis 对应pod集群
• 4.6 执行命令创建Service和Redis 集群Pod
• 4.7 查看集群状态
• 五、集群初始化
• 5.1 启动容器
• 5.2 替换Ubuntu镜像源
• 5.3 安装软件环境
• 5.4 安装redis-trib
• 5.5 创建Redis集群
• 5.6 为Master添加slave
• 5.7 查看集群状态
• 5.8 查看集群节点情况
• 六、测试主从切换
• 6.1 查看节点的角色
• 6.2 删掉redis-0 Mster节点，观察情况
• 七、开放外网端口
• 7.1 创建用于外部访问的service
• 八、Redis故障转移疑问解答
• 总结

一、环境准备

1.1 环境说明

本文搭建MongoDB，基于WMware虚拟机，操作系统Centos 8，且已经基于Kubeadm搭好了k8s集群，k8s节点信息如下：

服务器	IP地址
master	192.168.31.80
node1	192.168.31.8
node2	192.168.31.9

如需知道k8s集群搭建，可跳转我的文章《kubeadm部署k8s集群》查看。

1.2 安装说明

Redis （ Remote Dictionary Server），即远程字典服务。

是一个开源的使用ANSI C语言编写、支持网络、可基于内存亦可持久化的日志型、Key-Value数据库，并提供多种语言的API。

它支持字符串、哈希表、列表、集合、有序集合，位图，hyperloglogs等数据类型。内置复制、Lua脚本、LRU收回、事务以及不同级别磁盘持久化功能，同时通过Redis Sentinel提供高可用，通过Redis Cluster提供自动分区。

1.3 Redis集群说明

一般来说，Redis部署有三种模式。

1）单实例模式

一般用于测试环境。

2）哨兵模式

在redis3.0以前，要实现集群一般是借助哨兵sentinel工具来监控master节点的状态。如果master节点异常，则会做主从切换，将某一台slave作为master。引入了哨兵节点，部署更复杂，维护成本也比较高，并且性能和高可用性等各方面表现一般。

3）集群模式

3.0 后推出的 Redis 分布式集群解决方案；主节点提供读写操作，从节点作为备用节点，不提供请求，只作为故障转移使用；如果androidmaster节点异常，也是会自动做主从切换，将slave切换为master。

后两者用于生产部署，但总的来说，集群模式明显优于哨兵模式。那么今天我们就来讲解下：k8s环境下，如何部署redis集群（三主三从）。

二、安装NFS

2.1 安装NFS

我选择在 master 节点创建 NFS 存储，首先执行如下命令安装 NFS:

yum -y install  nfs-utils rpcbind

2.2 创建NFS共享文件夹

mkdir -p /var/nfs/redis/pv{1..6}

2.3 配置共享文件夹

vim  /etc/exports

/var/nfs/redis/pv1  *(rw,sync,no_root_squash)
/var/nfs/redis/pv2  *(rw,sync,no_root_squash)
/var/nfs/redis/pv3  *(rw,sync,no_root_squash)
/var/nfs/redis/pv4  *(rw,sync,no_root_squash)
/var/nfs/redis/pv5  *(rw,sync,no_root_squash)
/var/nfs/redis/pv5  *(rw,sync,no_root_squash)

2.4 使配置生效

exportfs -r

2.5 查看所有共享目录

exportfs -v

2.6 启动nfs

systemctl start nfs-server
systemctl enabled nfs-server
systemctl start rpcbind
systemctl enabled rpcbind

2.7 其他节点安装nfs-utils

yum -y install nfs-utils

三、创建PV卷

PersistentVolume简称pv，持久化存储，是k8s为云原生应用提供一种拥有独立生命周期的、用户可管理的存储的抽象设计。

在创建PV卷之前，需要创建NFS客户端、NFS 客户端sa授权和StoreClass存储类。

3.1 创建namespace

kubectl create ns redis-cluster

3.2 创建nfs 客户端sa授权

cat > redis-nfs-client-sa.yaml

apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  name: redis-nfs-client
  namespace: redis-cluster
---
kind: ClusterRole
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: nfs-client-runner
  namespace: redis-cluster
rules:
  - apiGroups: [""]
    resources: ["persistentvolumes"]
    verbs: ["get","list","watch","create","delete"]
  - apiGroups: [""]
    resources: ["persistentvolumeclaims"]
    verbs: ["get","list","watch","create","delete"]
  - apiGroups: ["storage.k8s.io"]
    resources: ["storageclasses"]
    verbs: ["get","list","watch"]
  - apiGroups: [""]
    resources: ["events"]
    verbs: ["get","list","watch","create","update","patch"]
  - apiGroups: [""]
    resources: ["endpoints"]
    verbs: ["create","delete","get","list","watch","patch","update"]

---
kind: ClusterRoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: run-nfs-provisioner
  namespace: redis-cluster
subjects:
  - kind: ServiceAccount
    name: redis-nfs-clientjs
    namespace: redis-cluster
roleRef:
  kind: ClusterRole
  name: nfs-client-runner
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

3.3 创建nfs 客户端

cat > redis-nfs-client.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: redis-nfs-client
  labels:
    app: redis-nfs-client
  # replace with namespace where provisioner is deployed
  namespace: redis-cluster
spec:
  replicas: 1
  strategy:
    type: Recreate
  selector:
    matchLabels:
      app: redis-nfs-client
  template:
    metadata:
      labels:
        app: redis-nfs-client
    spec:
      serviceAccountName: redis-nfs-client
      containers:
        - name: redis-nfs-client
          image: quay.io/external_storage/nfs-client-provisioner:latest
          volumeMounts:
            - name: redis-nfs-client-root
              mountPath: /persistentvolumes
          env:
            - name: PROVISIONER_NAME   ## 这个名字必须与storegeclass里面的名字一致
              value:  my-redis-nfs
            - name: ENABLE_LEADER_ELECTION  ## 设置高可用允许选举，如果replicas参数等于1，可不用
              value: "True"
            - name: NFS_SERVER
              value: 192.168.31.80  #修改为自己的ip（部署nfs的机器ip）
            - name: NFS_PATH
              value: /var/nfs/redis     #修改为自己的nfs安装目录
      volumes:
        - name: redis-nfs-client-root
          nfs:
            server: 192.168.31.80 #修改为自己的ip（部署nfs的机器ip）
            path: /var/nfs/redis     #修改为自己的nfs安装目录

3.4 创建StoreClass

StorageClass：简称sc，存储类，是k8s平台为存储提供商提供存储接入的一种声明。通过sc和相应的存储插件(csi)为容器应用提供持久存储卷的能力。

cat > redis-storeclass.yaml

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: redis-nfs-storFwLCjYage
  namespace: redis-cluster
provisioner: my-redis-nfs

3.5 执行命令创建NFS sa授权、NFS客户端以及StoreClass

kubectl apply -f  redis-nfs-client-sa.yaml

kubectl apply -f  redis-nfs-client.yaml

kubectl apply -f  redis-storeclass.yaml

3.6 创建PV

这里我们创建6个PV卷，分别对应Redis的三主三从。

cat > redis-pv.yaml

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: redis-nfs-pv1
  namespace: redis-cluster
spec:
  storageClassName: redis-nfs-storage
  capacity:
    storage: 500M
  AccessModes:
    - ReadwriteMany
  nfs:
    server: 192.168.31.80
    path: "/var/nfs/redis/pv1"

---

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: redis-nfs-pv2
  namespace: redis-cluster
spec:
  storageClassName: redis-nfs-storage
  capacity:
    storage: 500M
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  nfs:
    server: 192.168.31.80
    path: "/var/nfs/redis/pv2"

---

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: redis-nfs-pv3
  namespace: redis-cluster
spec:
  storageClassName: redis-nfs-storage
  capacity:
    storage: 500M
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  nfs:
    server: 192.1javascript68.31.80
    path: "/var/nfs/redis/pv3"

---

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: redis-nfs-pv4
  namespace: redis-cluster
spec:
  storageClassName: redis-nfs-storage
  capacity:
    storage: 500M
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  nfs:
    server: 192.168.31.80
    path: "/var/nfs/redis/pv4"

---

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: redis-nfs-pv5
  namespace: redis-cluster
spec:
  storageClassName: redis-nfs-storage
  capacity:
    storage: 500M
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  nfs:
    server: 192.168.31.80
    path: "/var/nfs/redis/pv5"

---

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: redis-nfs-pv6
  namespace: redis-cluster
spec:
  storageClassName: redis-nfs-storage
  capacity:
    storage: 500M
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  nfs:
    server: 192.168.31.80
    path: "/var/nfs/redis/pv6"

3.7 执行命令创建PV

kubectl apply -f redis-pv.yaml

3.8 PV卷知识普及（解析为什么需要SC、PV）

这里说一下，为什么要创建SC，PV？

因为redis集群，最终需要对应的文件有，redis.conf、nodes.conf、data，由此可见，这些文件每个节点，都得对应有自己得文件夹。

当然redis.conf可以是一个相同得，其他两个，就肯定是不一样得。如果使用挂载文件夹即是 Volume 的情况部署一个pod，很明显，是不能满足的。

当然，你部署多个不一样的pod，也是可以做到，但是就得写6个部署yaml文件，后期维护也很复杂。最好的效果是，写一个部署yaml文件，然后有6个replicas副本，就对应了我们redis集群（三主三从）。

那一个pod，再使用Volume挂载文件夹，这个只能是一个文件夹，是无法做到6个pod对应不同的文件夹。

所以这里，就引出了SC、PV了。使用SC、PV就可以实现，这6个pod启动，就对应上我们创建的6个PV，那就实现了redis.conf、nodes.conf、data，这三个文件，存放的路径，就是不一样的路径了。

四、搭建Redis集群

4.1 普及知识

RC、Deployment、DaemonSet都是面向无状态的服务，它们所管理的Pod的IP、名字，启停顺序等都是随机的，而StatefulSet是什么？顾名思义，有状态的集合，管理所有有状态的服务，比如mysql、MongoDB集群等。

StatefulSet本质上是Deployment的一种变体，在v1.9版本中已成为GA版本，它为了解决有状态服务的问题，它所管理的Pod拥有固定的Pod名称，启停顺序，在StatefulSet中，Pod名字称为网络标识(hostname)，还必须要用到共享存储。

在Deployment中，与之对应的服务是service，而在StatefulSet中与之对应的headless service，headless service，即无头服务，与service的区别就是它没有Cluster IP，解析它的名称时将返回该Headless Service对应的全部Pod的Endpoint列表。

除此之外，StatefulSet在Headless Service的基础上又为StatefulSet控制的每个Pod副本创建了一个DNS域名，这个域名的格式为：

$(pod.name).$(headless server.name).${namespace}.svc.cluster.local

也即是说，对于有状态服务，我们最好使用固定的网络标识（如域名信息）来标记节点，当然这也需要应用程序的支持（如Zookeeper就支持在配置文件中写入主机域名）。

StatefulSet基于Headless Service（即没有Cluster IP的Service）为Pod实现了稳定的网络标志（包括Pod的hostname和DNS Records），在Pod重新调度后也保持不变。同时，结合PV/PVC，StatefulSet可以实现稳定的持久化存储，就算Pod重新调度后，还是能访问到原先的持久化数据。

以下为使用StatefulSet部署Redis的架构，无论是Master还是Slave，都作为StatefulSet的一个副本，并且数据通过PV进行持久化，对外暴露为一个Service，接受客户端请求。

4.2 创建headless服务

cat > redis-hs.yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  labels:
    k8s.kuboard.cn/layer: db
    k8s.kuboard.cn/name: redis
  name: redis-hs
  namespace: redis-cluster
spec:
  ports:
    - name: nnbary
      port: 6379
      protocol: TCP
      targetPort: 6379
  selector:
    k8s.kuboard.cn/layer: db
    k8s.kuboard.cn/name: redis
  clusterIP: None

Headless service是StatefulSet实现稳定网络标识的基础。

网络访问：pod名称.headless名称.namespace名称.svc.cluster.local 即：pod名称.redis-hs.redis-cluster.svc.cluster.local。

4.3 创建redis.conf配置

/opt/redis/conf 目录下的redis.conf配置，待会创建Configmap需要用到

bind 0.0.0.0
port 6379
daemonize no

# requirepass redis-cluster  
# 集群配置
cluster-enabled yes
cluster-config-file nodes.conf
cluster-node-timeout 5000

requirepass redis-cluster 设置的是集群密码，注释掉是因为通过redis-trib实现集群初始化，有密码会初始化不了，暂时不知道该怎么解决，只能先把密码关掉，哈哈哈。

4.4 创建名称为redis-conf的Configmap

kubectl create configmap redis-conf --from-file=redis.conf -n redis-cluster

4.5 创建redis 对应pod集群

cat > redis.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: redis
  namespace: redis-cluster
  labels:
    k8s.kuboard.cn/layer: db
    k8s.kuboard.cn/name: redis
spec:
  replicas: 6
  selector:
    matchLabels:
      k8s.kuboard.cn/layer: db
      k8s.kuboard.cn/name: redis
  serviceName: redis
  template:
    metadata:
      labels:
        k8s.kuboard.cn/layer: db
        k8s.kuboard.cn/name: redis
    spec:
      terminationGracePeriodSeconds: 20
      containers:
        - name: redis
          image: redis
          command:
              - "redis-server"
          args:
              - "/etc/redis/redis.conf"
              - "--protected-mode"
              - "no"
          ports:
            - name: redis
              containerPort: 6379
              protocol: "TCP"
            - name: cluster
              containerPort: 16379
              protocol: "TCP"
          volumeMounts:
            - name: "redis-conf"
              mountPath: "/etc/redis"
            - name: "redis-data"
              mountPath: "/data"
      volumes:
        - name: "redis-conf"
          configMap:
             name: "redis-conf"
             items:
                - key: "redis.conf"
                  path: "redis.conf"
  volumeClaimTemplates:
    - metadata:
        name: redis-data
      spec:
        accessModes: [ "ReadWriteMany" ]
        resources:
          requests:
            storage: 200M
        storageClassName: redis-nfs-storage

4.6 执行命令创建Service和Redis 集群Pod

kubectl apply -f  redis-hs.yaml

kubectl apply -f  redis.yaml

4.7 查看集群状态

我们经过以上步骤之后，Redis的6个Pod 已经启动起来了，但是我们还没做集群初始化操作，此刻Redis还不是主从集群状态，我们可以检查验证下：

1、 进入容器(可以通过k8s页面，选中节点，通过base或sh进来)，然后 cd /usr/local/bin/

2、连接上Redis节点： redis-cli -c

3、查看集群状态：cluster info

五、集群初始化

Redis集群必须在所有节点启动后才能进行初始化，而如果将初始化逻辑写入Statefulset中，则是一件非常复杂而且低效的行为。

我们可以在K8S上创建一个额外的容器，专门用于进行K8S集群内 部某些服务的管理控制。

这里，我们专门启动一个Ubuntu的容器，可以在该容器中安装Redis-tribe，进而初始化Redis集群。

5.1 启动容器

kubectl run -it ubuntu --image=ubuntu --namespace=redis-cluster --restart=Never /bin/bash

5.2 替换ubuntu镜像源

cat > /etc/apt/sources.list << EOF
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic-security main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic-security main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic-updates main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic-updates main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic-proposed main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic-proposed main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic-backports main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic-backports main restricted universe multiverse
EOF

5.3 安装软件环境

apt-get update

apt-get install -y vim wget python2.7 python-pip redis-tools dnsutils

5.4 安装redis-trib

pip install redis-trib==0.5.1

5.5 创建Redis集群

redis-trib.py create \
  `dig +shor编程客栈t redis-0.redis-hs.redis-cluster.svc.cluster.local`:6379 \
  `dig +short redis-1.redis-hs.redis-cluster.svc.cluster.local`:6379 \
  `dig +short redis-2.redis-hs.redis-cluster.svc.cluster.local`:6379

5.6 为Master添加slave

redis-trib.py replicate \
  --master-addr `dig +short redis-0.redis-hs.redis-cluster.svc.cluster.local`:6379 \
  --slave-addr `dig +short redis-3.redis-hs.redis-cluster.svc.cluster.local`:6379
redis-trib.py replicate \
  --master-addr `dig +short redis-1.redis-hs.redis-cluster.svc.cluster.local`:6379 \
  --slave-addr `dig +short redis-4.redis-hs.redis-cluster.svc.cluster.local`:6379
redis-trib.py replicate \
  --master-addr `dig +short redis-2.redis-hs.redis-cluster.svc.cluster.local`:6379 \
  --slave-addr `dig +short redis-5.redis-hs.redis-cluster.svc.cluster.local`:6379

5.7 查看集群状态

cluster info

5.8 查看集群节点情况

cluster nodes

六、测试主从切换

在K8S上搭建完好Redis集群后，我们最关心的就是其原有的高可用机制是否正常。这里，我们可以任意挑选一个Master的Pod来测试集群的主从切换机制。

这里我以我的redis-0节点做演示。

6.1 查看节点的角色

1、 进入容器(可以通过k8s页面，选中节点，通过base或sh进来)，然后 cd /usr/local/bin/

2、连接上Redis节点： redis-cli -c

3、查看节点角色：role

可以看出，我们的redis-0节点，是Master节点，他的Slave 节点IP是10.244.1.17，即我们的redis-3节点。

进入redis-3节点，验证，发现确实是这样的：

6.2 删掉redis-0 Mster节点，观察情况

首先查看redis-o节点

kubectl get pod redis-0 -n redis-cluster -o wide

接着删除该Pod

kubectl delete pod redis-0 -n redis-cluster

再次进入redis-0节点查看它的角色信息

发现redis-0节点变成了slave节点，而他的Master节点，变成了10.244.1.17，即redis-3节点。证明了我们的Redis 主从集群是可用的。

七、开放外网端口

前面我们创建了用于实现StatefulSet的Headless Service，但该Service没有Cluster Ip，因此不能用于外界访问。所以，我们还需要创建一个Service，专用于为Redis集群提供访问和负载均衡。

7.1 创建用于外部访问的service

cat > redis-access-service.yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: redis-access-service
  labels:
    app: redis-outip
spec:
  ports:
  - name: redis-port
    protocol: "TCP"
    port: 6379
    targetPort: 6379
  selector:
     k8s.kuboard.cn/layer: db
     k8s.kuboard.cn/name: redis

八、Redis故障转移疑问解答

大家可能会疑惑，那为什么没有使用稳定的标志，Redis Pod也能正常进行故障转移呢？这涉及了Redis本身的机制。

因为，Redis集群中每个节点都有自己的NodeId（保存在自动生成的 nodes.conf中），并且该NodeId不会随着IP的变化和变化，这其实也是一种固定的网络标志。

也就 是说，就算某个Redis Pod重启了，该Pod依然会加载保存的NodeId来维持自己的身份。我们可以在进入redis-0容器，看的nodes.conf文件：

如上，第一列为NodeId，稳定不变；第二列为IP和端口信息，可能会改变。

这里，我们介绍NodeId的两种使用场景： 当某个Slave Pod断线重连后IP改变，但是Master发现其NodeId依旧， 就认为该Slave还是之前的 Slave。

当某个Master Pod下线后，集群在其Slave中选举重新的Master。待旧Master上线后，集群发现其 NodeId依旧，会让旧Master变成新Master的slave。

总结

以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持编程客栈(www.devze.com)。