Kubernetes 部署 Nebula 图数据库集群

本文首发于 Nebula Graph 官网：https://nebula-graph.com.cn/posts/how-to-deploy-nebula-graph-in-kubernetes/

Kubernetes 是什么

Kubernetes 是一个开源的，用于管理云平台中多个主机上的容器化的应用，Kubernetes 的目标是让部署容器化的应用简单并且高效，Kubernetes 提供了应用部署，规划，更新，维护的一种机制。

Kubernetes 在设计结构上定义了一系列的构建模块，其目的是为了提供一个可以部署、维护和扩展应用程序的机制，组成 Kubernetes 的组件设计理念为松耦合和可扩展的，这样可以使之满足多种不同的工作负载。可扩展性在很大程度上由 Kubernetes API 提供，此 API 主要被作为扩展的内部组件以及 Kubernetes 上运行的容器来使用。

k8s-architecture

Kubernetes 主要由以下几个核心组件组成：

etcd 保存了整个集群的状态
kube-apiserver 提供了资源操作的唯一入口，并提供认证、授权、访问控制、API 注册和发现等机制
kube-controller-manager 负责维护集群的状态，比如故障检测、自动扩展、滚动更新等
kube-scheduler 负责资源的调度，按照预定的调度策略将Pod调度到相应的机器上
kubelet 负责维护容器的生命周期，同时也负责 Volume和网络的管理
kube-proxy 负责为 Service 提供 cluster 内部的服务发现和负载均衡

Kubernetes 和数据库

数据库容器化是最近的一大热点，那么 Kubernetes 能为数据库带来什么好处呢？

故障恢复：Kubernetes 提供故障恢复的功能，数据库应用如果宕掉，Kubernetes 可以将其自动重启，或者将数据库实例迁移到集群中其他节点上
存储管理：Kubernetes 提供了丰富的存储接入方案，数据库应用能透明地使用不同类型的存储系统
负载均衡：Kubernetes Service 提供负载均衡功能，能将外部访问均衡到不同的数据库实例副本上
水平拓展：Kubernetes 可以根据当前数据库集群的资源利用率情况，缩放副本数目，从而提升资源的利用率

目前很多数据库，如：MySQL，MongoDB 和 TiDB 在 Kubernetes 集群中都能运行良好。

Nebula Graph 在 Kubernetes 中的实践

Nebula Graph 是一个分布式的开源图数据库，主要组件有：Query Engine 的 graphd，数据存储的 storaged，和元数据的 meted。在 Kubernetes 实践过程中，它主要给图数据库 Nebula Graph 带来了以下的好处：

Kubernetes 能均衡 nebula graphd，metad 和 storaged 不同副本之间的负载。graphd，metad 和 storaged 可以通过 Kubernetes 的域名服务自动发现彼此。
通过 StorageClass，PVC 和 PV 可以屏蔽底层存储细节，无论使用本地卷还是云盘，Kubernetes 均可以透明对接。
通过 Kubernetes 可以在数秒内成功部署一套 Nebula 集群，Kubernetes 也可以无感知地实现 Nebula 集群的升级。
Nebula 集群通过 Kubernetes 可以做到自我恢复，单体副本 crash，Kubernetes 可以重新将其拉起，无需运维人员介入。
Kubernetes 可以根据当前 Nebula 集群的资源利用率情况弹性伸缩集群规模，从而提升集群的性能。

下面来讲解下具体的实践内容。

集群部署

硬件和软件要求

这里主要罗列下本文部署涉及到的机器、操作系统参数

操作系统使用的 CentOS-7.6.1810 x86_64
虚拟机配置
- 4 CPU
- 8G 内存
- 50G 系统盘
- 50G 数据盘 A
- 50G 数据盘 B
Kubernetes 集群版本 v1.14+
Nebula 版本为 v2.0.0-rc1
使用本地 PV 作为数据存储
CoreDNS 版本 1.6.0+

K8s 集群规划

以下为集群清单

服务器 IP	nebula 实例	role
192.168.0.1		master
192.168.0.2	graphd, metad-0, storaged-0	node
192.168.0.3	graphd, metad-1, storaged-1	node
192.168.0.4	graphd, metad-2, storaged-2	node

K8s 待部署组件

安装 Helm3
准备本地磁盘，并安装本地卷插件
安装 nebula 集群

安装 Helm3

Helm 是 Kubernetes 集群上的包管理工，使用 Helm 可以极大地降低使用 Kubernetes 部署应用的门槛。本文不做 Helm 详细介绍，有兴趣的小伙伴可自行阅读《Helm 入门指南》。

下载安装 Helm

使用下面命令在终端执行即可安装 Helm

$ wget https://get.helm.sh/helm-v3.5.2-linux-amd64.tar.gz
$ tar -zxvf helm/helm-v3.5.2-linux-amd64.tgz
$ mv linux-amd64/helm /usr/bin/helm

查看 Helm 版本

执行 helm version 命令即可查看对应的 Helm 版本，以文本为例，以下为输出结果：

version.BuildInfo{Version:"v3.5.2", GitCommit:"167aac70832d3a384f65f9745335e9fb40169dc2", GitTreeState:"dirty", GoVersion:"go1.15.7"}

设置本地磁盘

在每台机器上做如下配置

创建 mount 目录

$ sudo mkdir -p /mnt/disks

格式化数据盘

$ sudo mkfs.ext4 /dev/diskA 
$ sudo mkfs.ext4 /dev/diskB

挂载数据盘

$ DISKA_UUID=$(blkid -s UUID -o value /dev/diskA) 
$ DISKB_UUID=$(blkid -s UUID -o value /dev/diskB) 
$ sudo mkdir /mnt/disks/$DISKA_UUID
$ sudo mkdir /mnt/disks/$DISKB_UUID
$ sudo mount -t ext4 /dev/diskA /mnt/disks/$DISKA_UUID
$ sudo mount -t ext4 /dev/diskB /mnt/disks/$DISKB_UUID

$ echo UUID=`sudo blkid -s UUID -o value /dev/diskA` /mnt/disks/$DISKA_UUID ext4 defaults 0 2 | sudo tee -a /etc/fstab
$ echo UUID=`sudo blkid -s UUID -o value /dev/diskB` /mnt/disks/$DISKB_UUID ext4 defaults 0 2 | sudo tee -a /etc/fstab

部署本地卷插件

$ curl https://github.com/kubernetes-sigs/sig-storage-local-static-provisioner/archive/v2.4.0.zip
$ unzip v2.4.0.zip

修改 v2.4.0/helm/provisioner/values.yaml classes 部分：

将 hostDir: /mnt/fast-disks 改成 hostDir: /mnt/disks，# storageClass: true 改成 storageClass: true。然后执行：

$ helm install local-static-provisioner --namespace default sig-storage-local-static-provisioner/helm/provisioner
# 查看 local-static-provisioner 部署情况
$ helm list
NAME                    	NAMESPACE	REVISION	UPDATED                              	STATUS  	CHART            	APP VERSION
local-volume-provisioner	default  	1       	2021-02-10 11:06:34.3540341 +0800 CST	deployed	provisioner-2.4.0	2.4.0

部署 nebula 集群

下载 nebula helm chart

# 下载 nebula chart
$ helm repo add nebula-charts https://vesoft-inc.github.io/nebula-docker-compose
$ helm pull nebula-charts/nebula
$ tar -zxvf nebula-v2.0.0.tgz

设置 Kubernetes node节点

下面是 Kubernetes 节点列表，我们需要设置 node 节点的调度标签。可以将 192.168.0.2，192.168.0.3，192.168.0.4 打上 nebula: "cloud" 的标签。

服务器 IP	kubernetes roles	nodeName
192.168.0.1	master	192.168.0.1
192.168.0.2	node	192.168.0.2
192.168.0.3	node	192.168.0.3
192.168.0.4	node	192.168.0.4

具体操作如下：

$ kubectl  label node 192.168.0.2 nebula="cloud" --overwrite 
$ kubectl  label node 192.168.0.3 nebula="cloud" --overwrite
$ kubectl  label node 192.168.0.4 nebula="cloud" --overwrite

调整 values 默认值

nebula helm chart 目录如下:

nebula
├── Chart.yaml
├── README.md
├── templates
│   ├── configmap.yaml
│   ├── deployment.yaml
│   ├── _helpers.tpl
│   ├── NOTES.txt
│   ├── pdb.yaml
│   ├── serviceaccount.yaml
│   ├── service.yaml
│   └── statefulset.yaml
└── values.yaml

1 directory, 11 files

可以根据运行环境需求修改 charts/nebula/values.yaml 里面的默认值

通过 helm 安装 nebula

$ helm install nebula charts/nebula 
# 查看部署状态
$ helm status nebula
NAME: nebula
LAST DEPLOYED: Fri Feb 19 12:58:16 2021
NAMESPACE: default
STATUS: deployed
REVISION: 1
TEST SUITE: None
NOTES:
Nebula Graph Cluster installed!

1. Watch all containers come up.
  $ kubectl get pods --namespace=default -l app.kubernetes.io=nebula -w
# 查看 K8s 集群上 nebula 部署情况
$ kubectl get pods --namespace=default -l app.kubernetes.io=nebula
NAME                             READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nebula-graphd-676cfcf797-4q7mk   1/1     Running   0          6m
nebula-graphd-676cfcf797-whwqp   1/1     Running   0          6m
nebula-graphd-676cfcf797-zn5l6   1/1     Running   0          6m
nebula-metad-0                   1/1     Running   0          6m
nebula-metad-1                   1/1     Running   0          6m
nebula-metad-2                   1/1     Running   0          6m
nebula-storaged-0                1/1     Running   0          6m
nebula-storaged-1                1/1     Running   0          6m
nebula-storaged-2                1/1     Running   0          6m

访问 nebula 集群:

$ kubectl get service nebula-graphd
NAME            TYPE       CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)                                          AGE
nebula-graphd   NodePort   10.105.47.116   <none>        9669:31646/TCP,19669:30554/TCP,19670:32386/TCP   22m

# 使用 nebula-console 测试
$ docker run --rm -ti --entrypoint=/bin/sh vesoft/nebula-console:v2-nightly
# 通过 NodePort 连接到 graphd 组件
/ $ nebula-console -addr 192.168.0.4 -port 31646 -u root -p vesoft
2021/02/19 05:04:55 [INFO] connection pool is initialized successfully

Welcome to Nebula Graph v2.0.0-rc1!

(root@nebula) [(none)]> show hosts;
+---------------------------------------------------------------+------+----------+--------------+----------------------+------------------------+
| Host                                                          | Port | Status   | Leader count | Leader distribution  | Partition distribution |
+---------------------------------------------------------------+------+----------+--------------+----------------------+------------------------+
| "nebula-storaged-0.nebula-storaged.default.svc.cluster.local" | 9779 | "ONLINE" | 0            | "No valid partition" | "No valid partition"   |
+---------------------------------------------------------------+------+----------+--------------+----------------------+------------------------+
| "nebula-storaged-1.nebula-storaged.default.svc.cluster.local" | 9779 | "ONLINE" | 0            | "No valid partition" | "No valid partition"   |
+---------------------------------------------------------------+------+----------+--------------+----------------------+------------------------+
| "nebula-storaged-2.nebula-storaged.default.svc.cluster.local" | 9779 | "ONLINE" | 0            | "No valid partition" | "No valid partition"   |
+---------------------------------------------------------------+------+----------+--------------+----------------------+------------------------+
| "Total"                                                       |      |          | 0            |                      |                        |
+---------------------------------------------------------------+------+----------+--------------+----------------------+------------------------+
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FAQ

如何搭建一套 Kubernetes 集群？

搭建高可用的 Kubernetes 可以参考社区文档：https://kubernetes.io/docs/setup/production-environment/tools/kubeadm/high-availability/

如何调整 nebula 集群的部署参数？

在使用 helm install 时，使用 --set 可以设置部署参数，从而覆盖掉 helm chart 中 values.yaml 中的变量。参考文档：https://helm.sh/docs/intro/using_helm/

能否兼容 nebula v1.0.0+ 集群部署？

v1.0.0+ 不支持内部域名解析，需要修改 charts/nebula/values.yaml，配置如下:

hostNetwork: true
metadEndpoints: []
  - 192.168.0.2:9559
  - 192.168.0.3:9559
  - 192.168.0.4:9559

如何在 K8s 集群外部访问 nebula 内部组件？

本文使用 NodePort 的方式访问 graphd 组件，其他的访问方式还有 hostPort、hostNetwork、Ingress、LoadBalancer，需要您根据实际的部署环境来定制。

如何查看 nebula 集群状况？

使用 kubectl get pods --namespace=default -l app.kubernetes.io=nebula命令，或者直接在 Kubernetes dashboard 上查看 nebula 集群的运行状况。

如何使用其他类型的存储？

参考文档：https://kubernetes.io/zh/docs/concepts/storage/storage-classes/

NebulaGraph

一个开源的分布式图数据库