【从零单排Golang】第四话:Win10安装minikube,用client-go部署mongodb

前言

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提起Golang,就不得不提起kubernetes,在崇尚上云的今天,kubernetes已成为服务端同学必需掌握之学问。在第三话中,我们介绍了docker容器,它相当于虚拟操作系统,可以提供环境供各种不同的应用运行,从而实现轻量部署。但要是业务复杂,需要部署较多应用的话,就会遇到许多运维相关的问题,比如:

  • 应用关联的资源很多都需要持久化存储,它们的存储空间需要怎样分配及调度呢?
  • 不同地域的应用,如何取得相互联系?
  • 在应用集群中,如果有一个子应用挂了,该怎么办?
  • 。。。

这些问题,单靠docker是解决不了的(也不是docker所要关心的),需要在docker的基础上做更高层次的运维平台才能解决,而kubernetes,就是方案之一。复杂的调度逻辑,都会由kubernetes负责,而运维开发人员则基本只需向kubernetes提供资源及其描述,就能满足运维需求,从而提升工作效率。

既然准备入坑,就需要强行踩下去,因此今天就试试“家中上云”,单机搭建kubernetes,部署一个mongodb数据库。废话不多说,咱们开始吧~

minikube——在Win10本地搭建kubernetes

笔者的电脑为Win10,因此搭建环境的部分,只考虑Win10的情况。

要在本地搭建kubernetes运维平台,首先建议安装docker,直接在官网下载Docker Desktop安装即可(提供了日常容器环境+Hyper-V虚拟机功能+kubectl客户端)。在此基础上,安装kubernetes的最好方式是采用官方提供的minikube工具。minikube提供了一套单节点kubernetes环境(实体为虚拟机),从而使得单机用户也可以享受kubernetes的所有功能。kubernetes厂商为Google,由于众所周知的原因,下载Google资源一直是一个难题。因此,我们需要一个魔改版本——minikube阿里云版,从而避免科学上网的烦恼。下载好,保存好,记得把minikube根目录加到PATH环境变量,这样就能在cmd/powershell里直接运行。

启动minikube之前,需要在Hyper-V创建一个外部的虚拟交换机(开始——Windows管理工具——Hyper-V管理器——虚拟交换机管理器——创建外部虚拟交换机),笔者这边取名为EXTERNAL_SWITCH

minikube启动之后,会在用户文件夹下创建kubernetes配置,而后在Hyper-V中创建一个虚拟机——一个linux系统,里边会自带一个docker+kubernetes的环境。在虚拟机内,我们可以执行docker相关的命令与容器交互,比如查看当前kubernetes相关容器/镜像的信息与状态;而在外边,也就是我们的Win10主机里,因为minikube已经创建了配置,所以我们可以知道kubernetes节点的ip,并且可以用kubectl与虚拟机中的kubernetes交互,获得其中状态信息。

启动minikube的方式,建议编写脚本执行:

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# minikube-start.ps1
minikube start --vm-driver hyperv --hyperv-virtual-switch=EXTERNAL_SWITCH

把这个脚本放到minikube.exe同级目录中,就可以直接运行了。如果不能运行的话,一般是powershell执行脚本权限问题,解决方法是用管理员身份打开powershell,然后执行:

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Set-ExecutionPolicy Unrestricted

把执行权限放宽,就好了。

但后面还会有一个问题,普通用户不能创建Hyper-V虚拟机,这个时候只需要在普通用户的powershell中输入whoami查看用户组\用户名,然后管理员身份打开powershell,输入:

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net localgroup "Hyper-V Administrators" "用户组\用户名" /add

就可以以普通用户身份,输入minikube-start,启动minikube虚拟机了。

输入minikube status可以查看minikube的状态。如果状态是类似于

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host: Running
kubelet: Running
apiserver: Running
kubectl: Correctly Configured: pointing to minikube-vm at 192.168.0.102

的话,就说明启动成功了。

要退出minikube,最稳定的方法是minikube ssh进入到虚拟机中,然后sudo poweroff关闭虚拟机。在笔者电脑上,直接使用minikube stop关闭虚拟机有极大概率卡住无法关闭,因此暂不推荐这种方法。

client-go——用Golang在kubernetes部署mongodb

minikube搭建完毕后,接下来就要实战了——在minikube中部署mongodb。

首先不要急着码,而是要解决以下的问题:

  • 数据在哪里存储?(kubernetes的主机是minikube创建的虚拟机,所以在虚拟机里)
  • 如何暴露数据库的连接端口?(主机可访问节点,故将mongodb端口转发至节点端口)

对于数据库集群而言,通常会将其封装成一类叫做StatefulSet(副本集)的资源。StatefulSet主要包含Pod的集合,以及和各个Pod关联的PersistentVolumeClaim(PVC)集合。Pod是kubernetes调度的单位,可以理解成单个应用实例,而PVC则是这些Pod各个对应的持久化存储空间的声明。在实际场景中,管理存储空间的人员会预先在kubernetes为许多实在的持久化存储空间打下标记,统称为Storage Class,用户则只需要在StatefulSet声明怎样存储(PVC),kubernetes就在内部把各个Pod根据相应的Storage Class及PVC从而分配空间(PV),绑定起来。如果一个Pod发生故障,存储空间也不会消失,过后恢复的Pod也会跟原来一样,拥有和原来相同的标识,存储空间也和原来的PV对应。

而在笔者这里的例子里,创建多个数据库以及多个存储空间较为麻烦,因此也有其它的办法——在Pod的资源声明中,我们可以告诉kubernetes要在启动mongodb容器之时,挂载minikube虚拟机里面的一个目录进去存储数据库数据,这样容器宕机之后,数据依然不会消失。

因此,创建mongodb的StatefulSet资源代码如下:

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func createMongoStatefulSet(clientset *kubernetes.Clientset) (*appsv1.StatefulSet, error) {
replicas := int32(1)
terminationGracePeriodSeconds := int64(10)
statefulSet := appsv1.StatefulSet{
ObjectMeta: metav1.ObjectMeta{Name: "mongo"},
Spec: appsv1.StatefulSetSpec{
ServiceName: "mongo",
Replicas: &replicas,
Template: v1.PodTemplateSpec{
ObjectMeta: metav1.ObjectMeta{
Labels: map[string]string{"role": "mongo"},
},
Spec: v1.PodSpec{
TerminationGracePeriodSeconds: &terminationGracePeriodSeconds,
Volumes: []v1.Volume{
{
Name: "mongo-volume",
VolumeSource: v1.VolumeSource{
HostPath: &v1.HostPathVolumeSource{Path: "/home/docker/mongo"},
},
},
},
Containers: []v1.Container{
{
Name: "mongo",
Image: "library/mongo:latest",
Command: []string{"mongod", "--replSet", "rs0", "--bind_ip", "0.0.0.0"},
Ports: []v1.ContainerPort{{ContainerPort: 27017}},
VolumeMounts: []v1.VolumeMount{{Name: "mongo-volume", MountPath: "/data/db"}},
},
},
},
},
Selector: &metav1.LabelSelector{
MatchLabels: map[string]string{"role": "mongo"},
},
},
}
return clientset.AppsV1().StatefulSets(defaultNamespace).Create(&statefulSet)
}

在这个StatefulSet里面,创建了单副本(replicas=1)的mongo数据库。在副本的Pod模板里,该副本挂载了虚拟机的/home/docker/mongo目录(minikube默认用户为docker,mongo目录需要预先创建)到容器里的/data/db目录,也就是mongodb数据存储的地方。mongo启动参数要--bind_ip 0.0.0.0,从而能够被外部访问。

另外我们也可以看到,这个StatefulSet有一个ServiceName字段,这是因为通过相应的Service,这个StatefulSet才会被集群内其它成员发现。因此,在创建StatefulSet之前,我们其实还需要创建一个相应的Service资源:

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func createMongoService(clientset *kubernetes.Clientset) (*v1.Service, error) {
service := v1.Service{
ObjectMeta: metav1.ObjectMeta{
Name: "mongo",
Labels: map[string]string{"name": "mongo"},
},
Spec: v1.ServiceSpec{
Type: "NodePort",
Ports: []v1.ServicePort{
{
Port: 27017,
TargetPort: intstr.IntOrString{Type: 0, IntVal: 27017},
NodePort: 32017,
},
},
Selector: map[string]string{"role": "mongo"},
},
}
return clientset.CoreV1().Services(defaultNamespace).Create(&service)
}

通过NodePort方式,Service资源可以将被服务者的端口(Port)映射到自己的端口(TargetPort),然后再绑定到节点特定的端口(NodePort)。mongodb的默认端口是27017,而通过minikube ip,我们也可以知道节点的ip。这样,我们就能在Win10主机里访问minikube里的mongodb了。

把mongodb的Service与StatefulSet资源声明交给kubernetes,它就会自动把mongodb部署起来了。试试吧~

总结

kubernetes的难点主要来自于业务经验。技术与业务并行,同志仍需努力!

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