我们如何做到不停机将ZooKeeper迁移到Kubernetes

我们如何做到不停机将ZooKeeper迁移到Kubernetes

最近,我们在不停机的情况下将数百个 ZooKeeper 实例迁移到了 Kubernetes。我们利用了强大的 Kubernetes 特性(例如端点)简化了迁移过程,那些想要跟我们一样进行 Zookeeper 迁移的人可以在这篇文章里找到答案。文章的末尾列出了进行迁移所需的网络条件。

1. 传统的 ZooKeeper 迁移方法

ZooKeeper 是很多分布式系统的基础,它为这些系统提供了一个强大的平台,让它们可以聚在一起形成集群。它提供了一种比较基础的方法来形成集群:每个服务器实例都有一个配置文件,文件里列出了集群成员的主机名和数字 ID,所有的服务器都有相同的集群成员列表,如下所示:

server.1=host1:2888:3888  server.2=host2:2888:3888  server.3=host3:2888:3888  

每台服务器都有一个叫作 myid 的文件,用来指明它在列表中对应的是哪个数字 ID。

集群可以随意添加和移除服务器,只要没有违反这个关键规则:每台服务器必须能够与配置文件中列出的仲裁服务器通信。传统的 ZooKeeper 服务器迁移步骤主要包括:

  1. 启动一台新主机,在服务器列表配置中加入“server.4=host:4…”;
  2. 更新已有主机上的配置文件,添加新的服务器条目,或删除已退役的主机;
  3. 滚动重启旧主机(3.4x 版本分支不提供动态服务器配置功能);
  4. 更新客户端的连接串。

这种方法的缺点是需要修改大量的配置文件并进行滚动重启,这种方式可能无法进行可靠的自动化。在将 ZooKeeper 迁移到 Kubernetes 之前,我们也考虑过这种方法,但后来找到了一种更简单的方法。这种方法更为安全,因为根据我们的经验,每一次新的首领选举都存在一个小风险,就是有可能会让依赖它们的系统崩溃。

2. 新的迁移方法

我们将已有的 ZooKeeper 服务器包装成 Kubernetes 服务,然后使用相同的 ZooKeeper ID 进行从服务器到 Pod 的一对一替换。这只需要一次滚动重启就可以重新配置现有的 ZooKeeper 实例,然后逐一关闭服务器。不过,我们不打算深入讨论如何为 ZooKeeper 配置 Kubernetes 拓扑,也不打算深入讨论底层的状态就绪检查机制,因为有很多方法可以实现这些操作。

我们将分五个步骤进行迁移:

  1. 确保为 ZooKeeper 集群的迁移做好准备;
  2. 在 Kubernetes 中创建 ClusterIP 服务,将 Zookeeper 包装成服务;
  3. 修改 ZooKeeper 客户端,让它们连接到 ClusterIP 服务;
  4. 配置 ZooKeeper 服务器实例,让它们可以基于 ClusterIP 服务地址执行点对点事务;
  5. 通过 Kubernetes Pod 运行 ZooKeeper 实例。

对于下面的每一个步骤,我们都将提供一个基础设施拓扑关系图。为了便于理解,这些图只包含两个 ZooKeeper 实例(在现实当中一般不会创建少于三个节点的集群)。

准备好先决条件

我们从一个可运行的 ZooKeeper 集群开始,确保主机上的服务能够与 Kubernetes 集群通信。文末介绍了几种方法。

我们如何做到不停机将ZooKeeper迁移到Kubernetes

图 1:初始状态,一个包含两个实例的 ZooKeeper 集群和一些客户端

创建 ClusterIP 服务

为每个 ZooKeeper 服务器创建一个具有匹配端点的 ClusterIP 服务,可以让客户端端口(2181)和集群内部端口(2888、3888)通过。完成之后,就可以通过这些服务主机名连接到 ZooKeeper 集群。Kubernetes ClusterIP 服务在这个时候很有用,因为它们提供了可以作为后端 Pod 负载均衡器的静态 IP 地址。我们用它们进行从服务到 Pod 的一对一映射,相当于为每个 Pod 提供了一个静态的 IP 地址。

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图 2:可以通过 ClusterIP 服务访问我们的集群(ZooKeeper 仍然运行在物理硬件上)

重新配置客户端

在可以通过 Kubernetes ClusterIP 服务连接到 ZooKeeper 集群之后,接下来就可以重新配置客户端了。如果你在 ZooKeeper 连接串中使用了 CNAME 记录,那么请修改 DNS 记录。如果客户端在连接失败时不会重新解析 DNS 条目,那么就重新启动客户端。如果没有使用 CNAME 记录,那么就需要使用新的连接串,并重新启动客户端。在这个时候,新旧连接串都可以使用。

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图 3:客户端现在通过 ClusterIP 服务实例与 ZooKeeper 集群通信

重新配置 ZooKeeper 实例

接下来,我们将让 ZooKeeper 服务器通过 ClusterIP 服务进行点对点通信。为此,我们将结合 ClusterIP 服务的地址来修改配置文件。这里还需要配置 zk_quorum_listen_all_ips 标志,如果没有这个,ZooKeeper 实例将无法成功绑定到主机接口上不存在的 IP 地址,因为它是一个 Kube 服务 IP。

server.1=zk1-kube-svc-0:2888:3888  server.2=zk2-kube-svc-1:2888:3888  server.3=zk3-kube-svc-2:2888:3888  zk_quorum_listen_all_ips: true  

server.1=zk1-kube-svc-0:2888:3888server.2=zk2-kube-svc-1:2888:3888server.3=zk3-kube-svc-2:2888:3888zk_quorum_listen_all_ips: true

滚动重新启动这些主机,后面就可以开始准备用 Pod 替换主机了。

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图 4:ZooKeeper 实例现在通过 ClusterIP 服务与其他实例通信

使用 Pod 替代 ZooKeeper 主机

我们将进行以下这些步骤,每次操作一台服务器:

  1. 选择一台 ZooKeeper 服务器及其相应的 ClusterIP 服务;
  2. 关闭服务器上的 ZooKeeper 进程;
  3. 使用与被关闭的 ZooKeeper 具有相同服务器列表配置和 myid 文件的 Pod;
  4. 等待,直到 Pod 中的 ZooKeeper 启动,并与其他 ZooKeeper 节点的数据同步。

就这样,ZooKeeper 集群现在运行在 Kubernetes 中,并带有之前所有的数据。

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图 5:经过替换后的集群。ZK1 运行在一个 Pod 中,而 ZK2 不需要知道发生了什么

网络先决条件

要顺利完成这些步骤,需要确保一些网络设置符合条件。你需要确保:

  1. 可以从所有需要连接到 ZooKeeper 的服务器重新路由 Kubernetes Pod 的 IP 地址;
  2. 所有连接到 ZooKeeper 的服务器必须能够解析 Kubernetes 服务主机名;
  3. 所有需要连接到 ZooKeeper 的服务器必须运行 kube-proxy,让它们能够访问 ClusterIP 服务。

这些可以通过几种方式来实现。我们使用了一个内部网络插件,类似于 Lyft 的插件:

https://github.com/aws/amazon-vpc-cni-k8s

或者 AWS 插件:

https://github.com/lyft/cni-ipvlan-vpc-k8s

可以直接将 AWS VPC IP 地址分配给 Pod,而不是使用虚拟叠加网络,所以可以从任意实例重新路由 Pod 的 IP。叠加网络(如 flannel)也是可以的,只要所有的服务器都可以连接到叠加网络。

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