如何在 Kubernetes 上部署 PostgreSQL？

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简介

PostgreSQL 是一款开源的关系数据库管理系统 (RDBMS)，以其鲁棒性、稳定性和处理复杂和大型数据集的能力而闻名。另一方面，Kubernetes 是一种开源的容器编排系统，可自动执行容器化应用程序的部署、扩展和管理。

结合这两种强大的技术，可以为托管您的 PostgreSQL 数据库提供一个高度可扩展且可靠的环境。在本文中，我们将探讨如何在 Kubernetes 上部署 PostgreSQL。

我们将首先解释什么是 PostgreSQL 和 Kubernetes 以及在 Kubernetes 上部署 PostgreSQL 的好处。然后，我们将概述部署过程，然后再深入探讨每个步骤。

部署过程概述

在 Kubernetes 上部署 PostgreSQL 的过程涉及多个步骤。我们将在以下部分详细介绍每个步骤。部署过程概述包括：

• 设置 Kubernetes 集群 - 您可以选择使用云提供商或为开发目的设置本地集群。

• 准备 PostgreSQL 镜像 - 选择 PostgreSQL 部署的基本镜像并将其配置为与 Kubernetes 一起使用。

• 创建部署清单 - 以 YAML 格式定义部署规范，并配置环境变量、卷和端口。

• 在 Kubernetes 上部署 PostgreSQL - 使用 kubectl 部署清单文件，并使用 kubectl 命令监控部署状态。

• 扩展和更新 PostgreSQL - 根据需求进行扩展或缩减，并更新配置或版本。

• 备份 PostgreSQL 中的数据 - 使用 pg_dump 或 pgBackrest 设置备份，并将备份存储在云存储中。

设置 Kubernetes 集群

在 Kubernetes 上部署 PostgreSQL 需要一个功能正常的 Kubernetes 集群，这是一个节点集合，它们协同工作以管理容器化应用程序。您可以自己创建集群，也可以使用云提供商，例如 Amazon Web Services (AWS)、Google Cloud Platform (GCP) 或 Microsoft Azure。云提供商选项在 Kubernetes 的定价、功能和支持版本方面有所不同。

选择云提供商或设置本地集群

在选择云提供商或设置本地集群之前，请考虑成本效益、基础设施管理技能和团队规模、合规性要求和应用程序需求等因素。云提供商提供托管服务，这些服务处理底层基础设施管理，同时提供易于使用的界面，以最少的设置即可启动集群。缺点是与维护内部解决方案相比，随着时间的推移，潜在成本可能会增加。

安装和配置 kubectl 和 Helm

设置好 Kubernetes 集群后，就该安装 kubectl 了，这是一个用于与 Kubernetes API 服务器交互的重要工具。Kubectl 允许开发人员通过访问 pod/服务/复制控制器/configMap/密钥等将应用程序部署到他们新创建的集群中。

Helm 可以使用大多数操作系统上提供的包管理器安装，例如 macOS 和 Linux 的 apt 或 brew。安装后，您可以使用 helm 命令与图表进行交互。

准备 PostgreSQL 镜像

在 Kubernetes 上部署 PostgreSQL 之前，您需要准备一个包含必要软件和配置的 Docker 镜像。您可以从 Docker Hub 开始使用 PostgreSQL 的基本镜像，也可以使用其他组件构建自己的自定义镜像。

选择用于 PostgreSQL 部署的基本镜像 PostgreSQL 的基本镜像包括操作系统、Postgres 二进制文件和一些基本配置。

配置镜像以与 Kubernetes 一起使用

选择好用于在 Kubernetes 上部署 Postgres 的基本镜像后，就可以将其配置为在 Kubernetes 中使用。为了使您的容器化 Postgres 实例能够以最佳方式在 Kubernetes 中工作，需要在其容器规范中设置一些环境变量。例如：

• POSTGRES_USER - 设置初始用户帐户。- POSTGRES_PASSWORD：设置初始密码。

• POSTGRES_DB - 指定默认连接到的数据库。kubectl create 命令行实用程序允许我们使用 YAML 文件创建或修改这些环境变量。

创建部署清单

设置好 Kubernetes 集群并准备 PostgreSQL 镜像后，下一步就是创建部署清单。部署清单是一个 YAML 文件，其中定义了在 Kubernetes 上部署 PostgreSQL 的规范。在此文件中，您可以指定各种参数，例如副本数量、Pod 标签、容器镜像等等。

以 YAML 格式定义部署规范

部署清单通常以 YAML 格式编写，并包含多个部分，这些部分定义了 PostgreSQL 部署的各个组件。在顶层，您需要指定部署的名称和标签等元数据。您还需要定义应部署的所需副本数量。

在每个副本规范中，您需要指定应使用哪个容器镜像来运行 PostgreSQL 以及其他详细信息，例如资源限制和请求。

配置环境变量、卷和端口

环境变量部分允许您为 PostgresSQL 中各种不同的配置选项设置值，例如数据库名称或密码或服务器端口，这些值定义在 postgresql.conf 文件等中。这使得跨多个部署或环境管理配置变得容易。

卷用于在应用程序重启或升级期间持久存储数据。为了使卷能够与在 Kubernetes 上运行 PostgreSQL 的容器一起工作，它必须安装在容器文件系统的特定位置。

在 Kubernetes 上部署 PostgreSQL

创建清单文件后，使用 kubectl 在 Kubernetes 上部署 PostgreSQL 是一个简单的过程。在部署之前，请确保 Kubernetes 上下文已设置为正确的集群，并且 kubectl 可以访问它。要部署，只需在包含清单文件的目录中运行以下命令：

kubectl apply -f postgres-manifest.yaml     

Kubernetes 将根据清单文件中定义的规范开始创建 Pod。

所有 Pod 运行并准备就绪后，可以通过服务对象访问 PostgreSQL，该对象可以使用其 ClusterIP 或 NodePort 进行访问。服务对象抽象了 Pod IP 地址或节点端口的任何更改。

使用 kubectl 部署清单文件

`kubectl apply` 命令允许您从 YAML 或 JSON 文件创建或更新资源，而无需使用 `kubectl create` 单独手动定义每个资源。如果您在清单文件中对部署规范进行了更改，则可以再次使用 `kubectl apply` 更新您的部署。您还可以使用 `kubectl get` 命令查看有关部署状态的信息。

使用 kubectl 命令监控部署状态

监控是任何生产系统的重要方面。在 Kubernetes 中，有几种方法可以使用 kubectl 命令监控已部署应用程序的状态。

您可以使用 `kubectl get pods` 检查 Pod 状态，它显示每个 Pod 是否正在运行。如果 Pod 最近由于错误或崩溃循环回退错误（存活性探测失败）而重新启动，则查看其日志可能会有所帮助，方法如下：

kubectl logs       

如果要查看资源使用情况的指标，可以使用 `kubectl top`。

结论

在 Kubernetes 上部署 PostgreSQL 提供了许多好处，使其成为使用 PostgreSQL 的组织的引人注目的选择。首先，它使数据库的扩展和更新变得更加容易，因为 Kubernetes 提供了自动扩展和滚动更新。

其次，使用容器化可以更好地利用资源，从而可以在一台机器上运行多个数据库实例。此外，在 Kubernetes 上部署 PostgreSQL 通过使用副本和自动故障转移机制提供了更高的可靠性。