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master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:
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yum -y install nfs-utils rpcbind
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2.2 创建NFS共享文件夹
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mkdir -p /var/nfs/redis/pv{1..6}
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2.3 配置共享文件夹
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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)
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2.4 使配置生效
2.5 查看所有共享目录
2.6 启动nfs
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systemctl start nfs-server
systemctl enabled nfs-server
systemctl start rpcbind
systemctl enabled rpcbind
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2.7 其他节点安装nfs-utils
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yum -y install nfs-utils
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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
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kubectl create ns redis-cluster
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3.2 创建nfs 客户端sa授权
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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-client
namespace: redis-cluster
roleRef:
kind: ClusterRole
name: nfs-client-runner
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
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3.3 创建nfs 客户端
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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
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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。
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cat > redis-storeclass.yaml
apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
name: redis-nfs-storage
namespace: redis-cluster
provisioner: my-redis-nfs
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3.5 执行命令创建NFS sa授权、NFS客户端以及StoreClass
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kubectl apply -f redis-nfs-client-sa.yaml
kubectl apply -f redis-nfs-client.yaml
kubectl apply -f redis-storeclass.yaml
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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。
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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: 192.168.31.80
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"
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3.7 执行命令创建PV
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kubectl apply -f redis-pv.yaml
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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：
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$(pod.name).$(headless server.name).${namespace}.svc.cluster.local
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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
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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
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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
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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
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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
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kubectl create configmap redis-conf --from-file=redis.conf -n redis-cluster
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4.5 创建redis 对应pod集群
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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
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4.6 执行命令创建Service和Redis 集群Pod
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kubectl apply -f redis-hs.yaml
kubectl apply -f redis.yaml
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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
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kubectl run -it ubuntu --image=ubuntu --namespace=redis-cluster --restart=Never /bin/bash
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5.2 替换ubuntu镜像源
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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
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5.3 安装软件环境
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apt-get update
apt-get install -y vim wget python2.7 python-pip redis-tools dnsutils
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5.4 安装redis-trib
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pip install redis-trib==0.5.1
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5.5 创建Redis集群
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redis-trib.py create \
`dig +short 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
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5.6 为Master添加slave
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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
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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
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
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kubectl get pod redis-0 -n redis-cluster -o wide
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接着删除该Pod
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kubectl delete pod redis-0 -n redis-cluster
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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
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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
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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。
