Kubernetes 部署高可用 MySQL 集群

在 Kubernetes 中部署高可用的 MySQL 集群是一个相对复杂的任务，需要仔细考虑状态管理、持久化存储、网络标识、数据一致性和故障恢复。以下是两种主流方案的详细指南：

---

方案一：使用 StatefulSet + Headless Service + 自定义初始化脚本（手动管理）

适用场景：学习原理、小规模环境、对自动化要求不高。

核心组件

1. StatefulSet：为每个 Pod 提供稳定的标识符（pod-name-0, pod-name-1）和持久化存储（每个 Pod 独立的 PVC）。
2. Headless Service (ClusterIP: None)：提供稳定的 DNS 记录（pod-name-0.service-name, pod-name-1.service-name），用于 Pod 间直接通信和主从发现。
3. ConfigMap：存放 MySQL 配置文件 (my.cnf)。
4. Secret：存放 MySQL root 密码、复制用户密码等敏感信息。
5. PersistentVolume (PV) / PersistentVolumeClaim (PVC)：提供持久化存储（必须使用支持 ReadWriteOnce 的存储类）。

---

详细部署步骤 (YAML 示例)

1. 创建 Namespace (可选)

apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
  name: mysql-cluster

2. 创建 Secret (保存密码)

apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: mysql-secrets
  namespace: mysql-cluster
type: Opaque
data:
  root-password: BASE64_ENCODED_ROOT_PASSWORD   # echo -n "yourpassword" | base64
  repl-password: BASE64_ENCODED_REPL_PASSWORD

3. 创建 ConfigMap (MySQL 配置)

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: mysql-config
  namespace: mysql-cluster
data:
  my.cnf: |
    [mysqld]
    server_id=1              # 重要！每个 Pod 需配置唯一 server_id（可通过环境变量注入）
    binlog_format=ROW
    log_bin=mysql-bin
    gtid_mode=ON
    enforce_gtid_consistency=ON
    datadir=/var/lib/mysql
    socket=/var/run/mysqld/mysqld.sock
    symbolic-links=0
    skip-name-resolve        # 提升性能，避免 DNS 解析问题
    [client]
    default-character-set=utf8mb4
    [mysql]
    default-character-set=utf8mb4

4. 创建 Headless Service

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mysql-hs
  namespace: mysql-cluster
  labels:
    app: mysql
spec:
  ports:
  - name: mysql
    port: 3306
  clusterIP: None            # Headless Service 的关键！
  selector:
    app: mysql

5. 创建 StatefulSet (核心)

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: mysql
  namespace: mysql-cluster
spec:
  serviceName: mysql-hs      # 关联 Headless Service
  replicas: 3                # 集群节点数（通常奇数个）
  selector:
    matchLabels:
      app: mysql
  template:
    metadata:
      labels:
        app: mysql
    spec:
      initContainers:
      - name: init-mysql
        image: mysql:8.0     # 推荐使用固定版本 tag
        command:
        - bash
        - "-c"
        - |
          # 根据 Pod 序号 (0,1,2) 生成唯一 server_id
          [[ `hostname` =~ -([0-9]+)$ ]] || exit 1
          ordinal=${BASH_REMATCH[1]}
          server_id=$((100 + $ordinal))
          sed -i "s/server_id=1/server_id=$server_id/" /mnt/config-map/my.cnf
          # 如果是 Pod-0 (序号0)，标记为初始主库 (可选步骤)
          if [[ $ordinal -eq 0 ]]; then
            echo "read_only=0" >> /mnt/config-map/my.cnf
          else
            echo "read_only=1" >> /mnt/config-map/my.cnf
          fi
        volumeMounts:
        - name: config
          mountPath: /mnt/config-map
        - name: conf
          mountPath: /etc/mysql/conf.d
      containers:
      - name: mysql
        image: mysql:8.0
        env:
        - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD_FILE
          value: /etc/secrets/root-password
        ports:
        - containerPort: 3306
          name: mysql
        volumeMounts:
        - name: data
          mountPath: /var/lib/mysql
        - name: conf
          mountPath: /etc/mysql/conf.d
        - name: secrets
          mountPath: /etc/secrets
          readOnly: true
        livenessProbe:
          exec:
            command: ["mysqladmin", "ping", "-uroot", "-p$(cat /etc/secrets/root-password)"]
          initialDelaySeconds: 30
          periodSeconds: 10
        readinessProbe:
          exec:
            command: ["mysql", "-uroot", "-p$(cat /etc/secrets/root-password)", "-e", "SELECT 1"]
          initialDelaySeconds: 5
          periodSeconds: 5
      volumes:
      - name: conf           # 存放最终配置文件
        emptyDir: {}
      - name: config         # 挂载 ConfigMap
        configMap:
          name: mysql-config
      - name: secrets        # 挂载 Secret
        secret:
          secretName: mysql-secrets
  volumeClaimTemplates:      # 核心！为每个 Pod 自动创建 PVC
  - metadata:
      name: data
    spec:
      accessModes: ["ReadWriteOnce"]
      storageClassName: "your-storage-class" # 替换为你的 StorageClass (e.g., gp2, standard, local-path)
      resources:
        requests:
          storage: 10Gi     # 根据需求调整大小

6. 初始化主从复制 (手动或脚本)

Pod-0 启动后：

1. 登录 Pod-0 (kubectl exec -it mysql-0 -n mysql-cluster -- mysql -uroot -p)，创建复制用户：

   CREATE USER 'repl'@'%' IDENTIFIED BY 'YOUR_REPL_PASSWORD';
   GRANT REPLICATION SLAVE ON *.* TO 'repl'@'%';
   FLUSH PRIVILEGES;
   

2. 获取主库 (mysql-0) 的 GTID 位置：

   SHOW MASTER STATUS\G
   

3. 在 从库 Pod (mysql-1, mysql-2) 上配置复制：

   CHANGE MASTER TO
     MASTER_HOST='mysql-0.mysql-hs.mysql-cluster.svc.cluster.local', # 稳定的 DNS 地址！
     MASTER_USER='repl',
     MASTER_PASSWORD='YOUR_REPL_PASSWORD',
     MASTER_AUTO_POSITION=1;
   START SLAVE;
   

4. 检查从库状态：SHOW SLAVE STATUS\G (确保 Slave_IO_Running 和 Slave_SQL_Running 为 Yes)。

---

方案二：使用 MySQL Operator (推荐生产环境)

优点：自动化集群管理（部署、扩缩容、备份恢复、故障转移、升级）、封装最佳实践、简化运维。

主流 Operator 选择

1. Oracle MySQL Operator for Kubernetes (官方)：https://github.com/mysql/mysql-operator
2. Presslabs MySQL Operator (Vitess)：https://github.com/bitpoke/mysql-operator (基于 Vitess，功能强大)
3. Percona Operator for MySQL：https://www.percona.com/doc/kubernetes-operator-for-ps/ (包含 XtraBackup 支持)

---

以 Oracle MySQL Operator 为例 (简化步骤)

1. 安装 Operator

helm repo add mysql-operator https://mysql.github.io/mysql-operator/
helm install my-mysql-operator mysql-operator/mysql-operator --namespace mysql-operator --create-namespace

2. 部署 InnoDB Cluster (使用官方 MySQL Shell 管理集群)

apiVersion: mysql.oracle.com/v2
kind: InnoDBCluster
metadata:
  name: mycluster
  namespace: mysql-cluster
spec:
  secretName: mycluster-secret # 包含 root 密码的 Secret (提前创建)
  tlsUseSelfSigned: true      # 生产环境应使用正式证书
  instances: 3
  router:
    instances: 1              # MySQL Router 实例数
  podSpec:
    imagePullPolicy: IfNotPresent
  volumeClaimTemplate:
    metadata:
      name: datadir
    spec:
      accessModes: [ "ReadWriteOnce" ]
      resources:
        requests:
          storage: 10Gi
      storageClassName: "your-storage-class"

Operator 自动完成

1. 创建 StatefulSet (3 Pods) 和 PVCs。
2. 初始化第一个节点 (mycluster-0) 为 Primary。
3. 自动配置 Group Replication (基于 Paxos)。
4. 部署 MySQL Router (提供读写分离入口)。
5. 自动处理节点故障转移（Primary 选举）。

---

关键注意事项 & 优化建议

1. 存储选择：

   • 性能关键：优先考虑本地 SSD (Local Persistent Volumes) 或云提供商的高性能块存储 (如 AWS io2/gp3, Azure Premium SSD v2, GCP pd-ssd)。
   • 可靠性：确保存储后端支持快照和备份功能。
   • Reclaim Policy：务必设置为 Retain 或确保有可靠备份！避免 PVC 删除导致数据永久丢失。

2. 网络优化：

   • 使用 CNI 插件（如 Cilium, Calico） 并启用 hostNetwork 或 hostPort（牺牲可移植性换取性能）以减少网络开销。
   • 确保 Pod 间通信低延迟、高带宽。

3. 备份与恢复 (必须配置！)：

   • 方案一：定期 mysqldump 或使用 Percona XtraBackup（需在 Pod 内执行或使用 Sidecar 容器）。
   • 方案二 (Operator)：利用 Operator 内置的备份功能（通常集成 XtraBackup 或 mysqldump），将备份存储到 S3/MinIO/NFS 等。

4. 监控与日志：

   • 监控：部署 mysql_exporter + Prometheus + Grafana，监控核心指标（QPS、连接数、复制延迟、慢查询、资源使用）。
   • 日志：使用 Fluentd/Fluent Bit 收集 MySQL 日志到 Elasticsearch 或 Loki。

5. 高可用与故障转移：

   • 方案一：需要自行监控主库状态（如 mysqladmin ping）并手动/脚本触发主从切换（复杂且易出错）。
   • 方案二 (Operator)：Operator 自动监控节点健康并进行故障转移（通常基于 Group Replication 的仲裁机制）。

6. 访问方式：

   • 读写分离：使用 MySQL Router（Operator 通常自带）或中间件（如 ProxySQL）。
   • Service 类型：
     • 写请求：指向主库的 Service（Operator 通常会动态更新该 Service 指向当前 Primary）。
     • 读请求：指向所有节点或只读副本的 Service。

7. 安全：

   • 网络策略 (NetworkPolicy)：限制访问 MySQL Pod 的来源（仅限应用 Pod）。
   • RBAC：严格控制对 MySQL 相关资源（Secret, StatefulSet, PVC）的访问权限。
   • TLS 加密：强制启用 MySQL 连接加密（Operator 通常支持）。

---

总结

• 学习/小规模：StatefulSet + Headless Service + 手动配置复制 可行，但运维负担重。
• 生产环境/追求自动化：强烈推荐使用成熟的 MySQL Operator (Oracle, Presslabs, Percona)。它们封装了复杂性，提供了开箱即用的高可用、备份恢复、监控集成等关键功能。
• 核心挑战：始终是存储性能、网络延迟和运维复杂性。务必进行充分的性能测试和故障演练。
• 云服务替代方案：如果对自运维无硬性要求，考虑云托管的 MySQL 服务（如 AWS RDS/Aurora, Azure Database for MySQL, GCP Cloud SQL），它们通常提供更简单、更可靠的高可用方案。

部署前务必在非生产环境充分测试备份恢复、故障转移、升级等关键操作流程！