本文介紹了利用Docker和Kubernetes搭建一套具有冗餘備份集合的MongoDB服務，從容器對CI和CD引發的改變入手，討論了容器技術對MongoDB帶來的挑戰和機會，然後實戰如何部署一套穩定的MongoDB服務，非常的乾貨~

介紹

想嘗試在膝上型電腦上執行MongoDB麼？希望通過執行一個簡單的命令，然後就有一個輕量級、自組織的沙盒麼？並可再通過一條命令就可以移除所有的痕跡麼？

需要在多個環境中執行相同的應用程式棧？建立自己的容器映象，使得開發、測試、操作和支援團隊啟動一份完全相同的環境。

容器正在改變整個軟體生命週期；它覆蓋了從最初的技術試驗到通過開發、測試、部署和支援的概念證明。

閱讀微服務：容器和編排白皮書（https://www.mongodb.com/collateral/microservices-containers-and-orchestration-explained）。

編排工具管理著多個容器如何建立、升級和高可用。編排同樣管理著容器如何連線，並利用多個微服務容器建立穩定的應用服務。

豐富的功能、簡單的工具、強大的API讓容器和編排得到DevOps團隊的青睞。DevOps工程師將它們整合到持續整合（CI）和持續交付（CD）工作流中。

本篇文章將探索在嘗試執行和編排MongoDB容器時遇到的問題，並描述如何克服這些問題。

對於MongoDB的思考

採用容器和編排執行MongoDB帶來了一些新的思考：

• MongoDB資料庫節點是有狀態的。若一個容器掛了，並且被重新編排，資料丟失是不能接受的（雖然它可以從其他節點中恢復資料，但是很費時）。為解決這個問題，Kubernetes中的卷抽象（Volume abstraction）特性將用於對映MongoDB資料資料夾到一個持久化地址，避免容器的失敗或重編排。

• 同一組MongoDB資料庫備份節點之間需要通訊，即使是在重編排之後。同一冗餘備份集合的節點必須知道全部其他節點的地址，但是當某個容器重編排之後，它的IP地址會變化。例如，所有Kubernetes內的容器共享一個IP地址，當pod被重編排之後這個地址就會改變。在Kubernetes中，這個問題可以通過聯絡Kubernetes服務與MongoDB節點來解決，採用Kubernetes的DNS服務提供主機名給重編排之後的服務。

• 一旦每個獨立的MongoDB節點（每個節點在單獨容器中）啟動起來，備份集合必須初始化，並把每個節點加入進來。這需要編排工具提供額外的邏輯。特別是備份集合中只有一個MongoDB節點時，必須執行rs.initiate和rs.add命令。

• 如果編排框架提供自動化重編排容器功能（如Kubernetes的特性），那麼這可以提高MongoDB的容災性，節點會在掛掉之後自動重新建立，恢復到完整冗餘水平且不需要人工干預。

• 當編排框架掌控所有容器的狀態時，它並不管理容器內的應用或者備份資料。這就意味著採用一個有效的管理和備份方案很重要，如MongoDB Cloud Manager，包括MongoDB Enterprise Advanced和MongoDB Professional兩部分。考慮到需要建立映象，可採用你傾向的MongoDB版本和MongoDB Automation Agent。

利用Docker和Kubernetes實現MongoDB冗餘備份

如前一節所述，MongoDB這類分散式資料庫在利用編排框架（如Kubernetes）進行部署時需要額外考慮。本節將對這部分細節進行分析，並介紹如何實現。

首先，我們在一個單獨的Kubernetes叢集（同一個資料中心內，並不存在物理上的冗餘備份）中建立整個MongoDB冗餘集合。如果跨多個數據中心進行建立，其步驟也差異不大，後續將會介紹。

備份中的每個成員都執行在獨自的pod中，只暴露其IP地址和埠。固定的IP地址對於外部應用和其他冗餘備份節點非常重要，它決定了哪些pod將被重新部署。

下圖展示了其中一個pod與關聯的冗餘控制器和服務的關係。

深入這些配置中描述的資源，內容如下：

• 啟動核心節點mongo-node1。該節點包括了一個叫做的mongo的映象，來源於Docker Hub（https://hub.docker.com/_/mongo/），其暴露27107埠。

• Kubernetes的卷特性用於對映/data/db資料夾到持久化目錄mongo-persistent-storage1；該目錄為Google Cloud上建立的目錄對映mongodb-disk1，用於持久化MongoDB的資料。

• 容器由pod進行管理，標記為mongo-node，同時對rod提供一個隨機生成的名字。

• 冗餘控制器命名為mongo-rc1，用於確保mongo-node1的例項一直處於執行中。

• 負載均衡服務命名為mongo-svc-a用27017暴露埠。該服務通過pod的標籤匹配正確的服務到對應的pod上，對外暴露的ip和埠給應用程式使用，同時用於冗餘備份集合中各節點的通訊。雖然每個容器擁有內部ip，但是當容器被重啟或者移動之後它們會變更，因此不能用於冗餘備份集合之間的通訊。

下圖展示了冗餘備份及中的另一個成員資訊：

90%的配置是相同的，只有幾處不同：

• 硬碟和卷的名字必須是唯一的，於是採用mongodb-disk2和mongo-persisitent-storage2

• Pod分配到jane例項，同時節點命名為mongo-node2，用於區分新服務與圖1中的Pod

• 冗餘控制命名為mongo-rc2

• 服務命名為mongo-svc-b，並獲取一個不同的外部IP地址（本例子中，Kubernets分配為104.1.4.5）

第三個冗餘備份成員的配置仿照上述的模式進行，下圖展示了完整的冗餘配置集合：

注意，即使配置如圖3一樣，在一個三個或者多個節點的Kubernetes叢集上，Kubernetes可能會排程兩個或者多個MongoDB冗餘備份成員在同一個宿主機上。這是因為Kubernetes將三個pod視為三個獨立的服務。

為了增加冗餘，需要建立一個額外的headless服務。該服務不具備提供外部服務的能力，甚至沒有外部IP地址，但是它用於通知Kubernetes這三個MongoDB Pod是屬於同一個服務，於是Kubernetes會將它們排程在不同的節點上。

具體的配置檔案和相關操作命令可以從《啟動微服務：容器&排程說明白皮書》中找到。其中包含了三個特殊的步驟確保合併三個MongoDB到一個功能中，即本文中描述的冗餘備份。

多個可用區域MongoDB冗餘集合

所有冗餘部件均執行在同一個GCE叢集上時具有很高的風險，在同一個zone的叢集也一樣。如果發生一個重大事件導致可用zone離線，那麼MongoDB冗餘集合也就不可用。如果需要地理上的冗餘備份，那麼三個pod需要執行在不同的zone內。

只需要很少的改動就可以建立這樣一個冗餘備份集合。每一個叢集需要獨自的Kubernetes YAML檔案來定義pod、冗餘控制器和服務。然後，就可以完成一個zone的叢集建立、持久化儲存和MongoDB節點。

下圖展示了執行在不同zone上的冗餘結合：

文：陳杰