K8s 一键部署 MongoDB 的 Replica-Set 和 MongoDB-Express

什么是 MongoDB 副本集？

MongoDB 副本集（Replica-Set）是一个分布式数据库系统，它包含一个主节点和多个从节点。主节点负责处理所有写操作，从节点用于读取数据。当主节点发生故障时，从节点可以自动选举一个新的主节点。

副本集的主要目的是 提供高可用性和数据冗余。如果主节点发生故障，系统仍然可用并且数据不会丢失。

接下来我们详细讲解如何在 k8s 中部署 MongoDB 副本集集群模式。

部署步骤

详细拆解 k8s 部署 mongodb 副本集（Replica-Set）模式相关服务的执行步骤。

1. Secret

apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: mongodb-secret
type: Opaque
data:
  mongo-root-username: <base64-encoded-username>
  mongo-root-password: <base64-encoded-password>

优化建议：确保 <base64-encoded-username> 和 <base64-encoded-password> 已经正确编码为 Base64 格式。
解释：Secret 用于存储敏感信息，如用户名和密码，以保护这些信息不被直接暴露。

2. ConfigMap

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: mongodb-init
data:
  init-mongo.js: |
    rs.initiate(
      {
        _id : "rs0",
        members: [
          { _id: 0, host: "mongodb-replica-set-0.mongodb-replica-set:27017" },
          { _id: 1, host: "mongodb-replica-set-1.mongodb-replica-set:27017" },
          { _id: 2, host: "mongodb-replica-set-2.mongodb-replica-set:27017" }
        ]
      }
    )

优化建议：确保 init-mongo.js 脚本中的主机名和端口与 StatefulSet 中的配置一致。
解释：ConfigMap 用于存储配置文件或脚本，这里用于初始化 MongoDB 的副本集。

3. StatefulSet

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: mongodb-replica-set
spec:
  serviceName: "mongodb-replica-set"
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: mongodb-replica-set
  template:
    metadata:
      labels:
        app: mongodb-replica-set
    spec:
      containers:
      - name: mongodb
        image: mongo:7.0.14
        ports:
        - containerPort: 27017
        volumeMounts:
        - name: mongodb-data
          mountPath: /data/db
        - name: mongodb-init-scripts
          mountPath: /docker-entrypoint-initdb.d
        env:
        - name: MONGO_INITDB_ROOT_USERNAME
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: mongodb-secret
              key: mongo-root-username
        - name: MONGO_INITDB_ROOT_PASSWORD
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: mongodb-secret
              key: mongo-root-password
        - name: MONGO_REPLICA_SET_NAME
          value: rs0
  volumeClaimTemplates:
  - metadata:
      name: mongodb-data
    spec:
      accessModes: ["ReadWriteOnce"]
      resources:
        requests:
          storage: 20Gi
  volumes:
  - name: mongodb-init-scripts
    configMap:
      name: mongodb-init

优化建议：
- 确保 volumeClaimTemplates 中的存储请求大小（storage: 20Gi）符合实际需求。
- 确保 image: mongo:7.0.14 是否最新的稳定版本。
解释：StatefulSet 用于管理有状态的应用程序，如 MongoDB 副本集。它确保每个 Pod 有一个唯一的标识符，并且可以持久化存储数据。

4. Service for MongoDB

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mongodb-replica-set
spec:
  ports:
  - port: 27017
    targetPort: 27017
  clusterIP: None
  selector:
    app: mongodb-replica-set

优化建议：确保 clusterIP: None，这表示这是一个 Headless Service，适用于 StatefulSet。
解释：Service 用于定义如何访问 Pod，Headless Service 不会分配集群 IP，而是通过 DNS 解析 Pod 的 IP 地址。

5. Deployment for Mongo Express

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: mongo-express
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: mongo-express
  template:
    metadata:
      labels:
        app: mongo-express
    spec:
      containers:
      - name: mongo-express
        image: mongo-express:1.0.2-20-alpine3.19
        ports:
        - containerPort: 8081
        env:
        - name: ME_CONFIG_MONGODB_URL
          value: "mongodb://<username>:<password>@mongodb-replica-set-0.mongodb-replica-set:27017,mongodb-replica-set-1.mongodb-replica-set:27017,mongodb-replica-set-2.mongodb-replica-set:27017/?replicaSet=rs0"
        - name: ME_CONFIG_MONGODB_ENABLE_ADMIN
          value: "true"
        - name: ME_CONFIG_MONGODB_ADMINUSERNAME
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: mongodb-secret
              key: mongo-root-username
        - name: ME_CONFIG_MONGODB_ADMINPASSWORD
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: mongodb-secret
              key: mongo-root-password

优化建议：
- 确保 ME_CONFIG_MONGODB_URL 中的 <username> 和 <password> 替换为实际的用户名和密码。
- 确保 image: mongo-express:1.0.2-20-alpine3.19 是最新的稳定版本。
解释：Deployment 用于管理无状态的应用程序，如 Mongo Express，它提供了一个 Web 界面来管理和监控 MongoDB。

6. Service for Mongo Express

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mongo-express
spec:
  ports:
  - port: 8081
    targetPort: 8081
  selector:
    app: mongo-express
  type: LoadBalancer

优化建议：确保 type: LoadBalancer 符合你的环境要求，如果你在本地开发环境中，可能需要改为 NodePort。
解释：Service 用于定义如何访问 mongo-express，LoadBalancer 类型通常用于云环境中，提供外部访问。

应用配置

可将上述内容保存为一个文件（例如：k8s-mongodb-replicaset.yaml）：

---
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: mongodb-secret
type: Opaque
data:
  mongo-root-username: <base64-encoded-username>
  mongo-root-password: <base64-encoded-password>

---
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: mongodb-init
data:
  init-mongo.js: |
    rs.initiate(
      {
        _id : "rs0",
        members: [
          { _id: 0, host: "mongodb-replica-set-0.mongodb-replica-set:27017" },
          { _id: 1, host: "mongodb-replica-set-1.mongodb-replica-set:27017" },
          { _id: 2, host: "mongodb-replica-set-2.mongodb-replica-set:27017" }
        ]
      }
    )

---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: mongodb-replica-set
spec:
  serviceName: "mongodb-replica-set"
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: mongodb-replica-set
  template:
    metadata:
      labels:
        app: mongodb-replica-set
    spec:
      containers:
      - name: mongodb
        image: mongo:7.0.14
        ports:
        - containerPort: 27017
        volumeMounts:
        - name: mongodb-data
          mountPath: /data/db
        - name: mongodb-init-scripts
          mountPath: /docker-entrypoint-initdb.d
        env:
        - name: MONGO_INITDB_ROOT_USERNAME
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: mongodb-secret
              key: mongo-root-username
        - name: MONGO_INITDB_ROOT_PASSWORD
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: mongodb-secret
              key: mongo-root-password
        - name: MONGO_REPLICA_SET_NAME
          value: rs0
  volumeClaimTemplates:
  - metadata:
      name: mongodb-data
    spec:
      accessModes: ["ReadWriteOnce"]
      resources:
        requests:
          storage: 20Gi
  volumes:
  - name: mongodb-init-scripts
    configMap:
      name: mongodb-init

---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mongodb-replica-set
spec:
  ports:
  - port: 27017
    targetPort: 27017
  clusterIP: None
  selector:
    app: mongodb-replica-set

---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: mongo-express
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: mongo-express
  template:
    metadata:
      labels:
        app: mongo-express
    spec:
      containers:
      - name: mongo-express
        image: mongo-express:1.0.2-20-alpine3.19
        ports:
        - containerPort: 8081
        env:
        - name: ME_CONFIG_MONGODB_URL
          value: "mongodb://<username>:<password>@mongodb-replica-set-0.mongodb-replica-set:27017,mongodb-replica-set-1.mongodb-replica-set:27017,mongodb-replica-set-2.mongodb-replica-set:27017/?replicaSet=rs0"
        - name: ME_CONFIG_MONGODB_ENABLE_ADMIN
          value: "true"
        - name: ME_CONFIG_MONGODB_ADMINUSERNAME
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: mongodb-secret
              key: mongo-root-username
        - name: ME_CONFIG_MONGODB_ADMINPASSWORD
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: mongodb-secret
              key: mongo-root-password

---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mongo-express
spec:
  ports:
  - port: 8081
    targetPort: 8081
  selector:
    app: mongo-express
  type: LoadBalancer

然后使用以下命令将其应用到 Kubernetes 集群中：

kubectl apply -f k8s-mongodb-replicaset.yaml

这样，你就可以在 Kubernetes 中部署一个高可用的 MongoDB 副本集（Replica-Set）和一个用于管理和监控的 Mongo Express。

MongoDB 副本集连接字符串

连接字符串是连接到 MongoDB 副本集的必要信息。它包含以下几个部分：

主机和端口：指定主节点的主机和端口号。
副本集名称：指定要连接的副本集的名称。
鉴权信息：如果需要用户名和密码进行身份验证，可以提供鉴权信息。
其他选项：其他可选参数，如 SSL 配置、连接超时等。

连接字符串示例

示例1：mongo-express 连接字符串示例

通过上面 k8s-mongodb-replicaset.yaml 文件部署的 MongoDB 副本集连接字符串示例如下：

# 字符串格式
mongodb://username:password@host1:port1,host2:port2,host3:port3/database?replicaSet=myReplicaSet&ssl=true

# 集群部署式例
mongodb://<username>:<password>@mongodb-replica-set-0.mongodb-replica-set:27017,mongodb-replica-set-1.mongodb-replica-set:27017,mongodb-replica-set-2.mongodb-replica-set:27017/?replicaSet=rs0&ssl=true

在上面的示例中，我们提供了用户名<username> 和密码<password>进行身份验证，并指定了三个主机和端口号以及要连接的副本集名称为 “rs0”，并且还设置了 SSL 为 true。

示例2：

假设我们有一个 MongoDB 副本集，包含一个主节点和两个从节点。主节点的主机和端口号为 “host1:27017″，从节点分别为 “host2:27017” 和 “host3:27017″。我们使用的副本集名称为 “myReplicaSet”，需要使用用户名 “admin” 和密码 “password” 进行身份验证。

以下是一个示例的连接字符串：

mongodb://admin:password@host1:27017,host2:27017,host3:27017/test?replicaSet=myReplicaSet&ssl=true&authSource=admin

在上面的示例中，我们连接到了该副本集的主节点，使用了用户名 “admin” 和密码 “password” 进行身份验证，并将数据库设置为 “test”。副本集的名称为 “myReplicaSet”，启用了 SSL 连接，并且身份验证数据库为 “admin”。

连接字符串选项

连接字符串中的选项可以根据需要进行配置。以下是一些常用的选项：

authSource：指定用于身份验证的数据库，默认为 “admin”。
ssl：启用 SSL 连接。
retryWrites：如果写操作失败，是否自动重试。
readPreference：读操作的偏好设置，可以是 “primary”、”secondary” 或 “nearest”。
readConcern：读操作的一致性级别，可以是 “local”、”majority” 或 “linearizable”。
w：写操作的确认级别，可以是 数字或 “majority”。

这些选项可以根据应用程序的需求进行配置。

总结

K8s 中的 YAML 文件部署说明：

Secret 和 ConfigMap 确保了敏感信息和初始化脚本的安全性和正确性。
StatefulSet 和 Service 确保了 MongoDB 副本集（Replica-Set）的高可用性和数据持久化。
Deployment 和 Service 确保了 Mongo Express 的正常运行和外部访问。

MongoDB 副本集连接字符串说明：

连接字符串包含了 必要的信息，例如：主机和端口号、副本集名称以及身份验证信息。我们还讨论了一些常用的 连接字符串选项，并给出了一个示例。
连接到 MongoDB 副本集可以 提供高可用性和数据冗余，确保系统在主节点故障时仍然可用。通过 正确配置连接字符串，我们可以灵活地管理 MongoDB 副本集的连接和访问。