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Kubernetes云原生数据管理 读者对象:适合系统架构师、开发和测试人员、运维人员阅读,对企业 IT 主管、系统管理员、平台管理员、SRE 人员等同样具有参考价值
本书围绕 Kubernetes 云原生数据基础设施,介绍了如何通过 Kubernetes 管理数据存储,如何通过 Helm 和 Operator 在 Kubernetes 上自动部署和管理数据库,阐述了数据流式传输和数据分析的过程,探讨了在机器学习及其他新兴用例中如何使用 Kubernetes 云原生数据等。本书不仅深入阐述了云原生基础设施的发展历程和处理方式,而且分门别类地为每个场景提供了可以直接运行的示例代码,以便读者学习和练习。本书结构与英文原版保持一致,是 DaoCloud 云原生数据存储专家经反复校对后提供的译本。本书适合从事云端设计、构建和运行应用的开发人员,以及架构师和云原生工程师。无论你是Kubernetes 数据存储方面的“新手”还是有经验的“老兵”,相信本书都能让你有所受益。
Jeff Carpenter 是一位软件工程师和架构师,在多个行业拥有丰富的从业经历。作为一名开发人员倡导者,他致力于帮助其他工程师使用 Cassandra。除此之外,Jeff Carpenter还积极参与 Cassandra 和 Kubernetes 生态系统中多个开源项目的开发,其中包括 Stargate和 K8ssandra。同时,他还与他人合著了《Cassandra :权威指南》一书。Patrick McFadin 是一位分布式系统黑客,自从他将调制解调器插入 Atari 计算机以来就致力于该领域。为追求冒险,他加入了美国海军,并参与了海军战术数据系统(NTDS)的开发,这进一步激发了他对分布式系统的热情。在 20 世纪 90 年代,互联网快速崛起时,他开始从事基础设施工作,后来差点因为互联网泡沫危机而失去生计来源。其间,Patrick 获得了加州州立理工大学圣路易斯奥比斯波分校的计算机工程学位,并专注于高规模互联网基础设施的研究。目前,他热衷于分布式数据系统的研究,并且自 2011 年以来始终是 Cassandra 项目的稳定贡献者。
「DaoCloud 道客」成立于 2014 年底,公司拥有自主知识产权的核心技术,致力于打造开放的云操作系统为实体经济赋能,推动传统企业完成数字化转型。成立迄今,公司已在金融科技、先进制造、智能汽车、零售网点、城市大脑等多个领域深耕,标杆客户包括交通银行、浦发银行、上汽集团、格力集团、京东方、屈臣氏集团等。是国家级专精特新“小巨人”企业、被誉为科技领域准独角兽企业。
序....................................................................................xv
前言................................................................................xix 第 1 章 云原生数据基础设施 :持久化、流式传输与批量分析.............. 1 基础设施类型 ................................................................................................................2 云原生数据是什么 .........................................................................................................3 数据基础设施越多,问题越多 ......................................................................................5 Kubernetes 引领潮流......................................................................................................6 Kubernetes 计算管理 ..............................................................................................7 Kubernetes 网络管理 ..............................................................................................8 Kubernetes 存储管理 ..............................................................................................8 云原生数据组件 .............................................................................................................9 迎接变革 ...................................................................................................................... 11 采用 SRE 思维方式 .............................................................................................. 11 遵循云原生数据基础设施准则 ............................................................................. 13 小结 ............................................................................................................................. 15 第 2 章 通过 Kubernetes 管理数据存储................................... 16 Docker,容器和状态 ................................................................................................... 16 在 Docker 中管理状态 .......................................................................................... 17 ix 绑定挂载 .............................................................................................................. 18 卷 ......................................................................................................................... 19 Tmpfs 挂载 ........................................................................................................... 20 卷驱动程序........................................................................................................... 20 Kubernetes 数据存储资源 ............................................................................................ 22 Pod 和卷 ............................................................................................................... 22 PV ........................................................................................................................ 28 PVC ...................................................................................................................... 32 StorageClass ......................................................................................................... 35 Kubernetes 存储架构.................................................................................................... 37 Flexvolume ........................................................................................................... 37 CSI ....................................................................................................................... 38 CAS ...................................................................................................................... 40 COSI .................................................................................................................... 42 小结 ............................................................................................................................. 44 第 3 章 打造 Kubernetes 数据库........................................... 45 困难模式 ...................................................................................................................... 45 在 Kubernetes 上运行数据基础设施的前提 ................................................................. 46 在 Kubernetes 上运行 MySQL ..................................................................................... 47 ReplicaSet .................................................................................................................... 48 Deployment .......................................................................................................... 49 Service .................................................................................................................. 53 访问 MySQL......................................................................................................... 56 在 Kubernetes 上运行 Apache Cassandra ..................................................................... 58 StatefulSet ............................................................................................................ 60 访问 Cassandra ..................................................................................................... 70 小结 ............................................................................................................................. 72 第 4 章 通过 Helm 在 Kubernetes 上自动部署数据库.................. 73 通过 Helm Chart 部署应用 ........................................................................................... 74 通过 Helm 部署 MySQL .............................................................................................. 75 Helm 的工作方式 ................................................................................................. 78 Label .................................................................................................................... 80 ServiceAccount ..................................................................................................... 81 Secret.................................................................................................................... 81 ConfigMap ............................................................................................................ 82 更新 Helm Chart ................................................................................................... 84 卸载 Helm Chart ................................................................................................... 85 使用 Helm 部署 Apache Cassandra .............................................................................. 85 亲和性与反亲和性 ............................................................................................... 87 Helm、CI/CD 及 Operator .................................................................................... 90 小结 ............................................................................................................................. 92 第 5 章 通过 Operator 自动管理 Kubernetes 数据库...................93 扩展 Kubernetes 控制平面 ........................................................................................... 94 扩展 Kubernetes 客户端 ....................................................................................... 94 扩展 Kubernetes 主节点组件 ................................................................................ 95 扩展 Kubernetes 工作节点组件 ............................................................................ 96 Operator 模式 ............................................................................................................... 97 控制器 .................................................................................................................. 97 自定义资源........................................................................................................... 99 Operator ............................................................................................................. 101 使用 Vitess Operator 管理 Kubernetes MySQL .......................................................... 103 Vitess 概述 ......................................................................................................... 103 PlanetScale Vitess Operator ................................................................................ 106 不断发展的 Operator 生态体系 .................................................................................. 116 选择 Operator ..................................................................................................... 116 构建 Operator ..................................................................................................... 119 小结 ........................................................................................................................... 121 第 6 章 在 Kubernetes 上集成数据基础设施............................ 123 K8ssandra:生产就绪的 Kubernetes 上的 Cassandra ................................................. 123 K8ssandra 架构 ................................................................................................... 124 安装 K8ssandra Operator .................................................................................... 125 创建 K8ssandraCluster ....................................................................................... 128 使用 Cass Operator 在 Kubernetes 上管理 Cassandra ................................................. 130 使用 Stargate API 提高开发人员的工作效率 ............................................................. 134 基于 Prometheus 和 Grafana 的统一监控基础设施 .................................................... 136 使用 Cassandra Reaper 进行修复 ............................................................................... 140 使用 Cassandra Medusa 进行数据备份与恢复 ........................................................... 142 创建备份 ............................................................................................................ 143 备份恢复 ............................................................................................................ 144 在 Kubernetes 上部署多集群应用 .............................................................................. 145 小结 ........................................................................................................................... 151 第 7 章 Kubernetes 原生数据库.......................................... 152 为什么需要 Kubernetes 原生方式 .............................................................................. 152 使用 TiDB 进行大规模混合数据访问 ........................................................................ 154 TiDB 架构 .......................................................................................................... 155 在 Kubernetes 上部署 TiDB................................................................................ 157 配置 DataStax Astra DB 的无服务器 Cassandra ......................................................... 165 在 Kubernetes 原生数据库中寻找什么....................................................................... 172 基本要求 ............................................................................................................ 172 Kubernetes 原生技术的未来 ............................................................................... 174 小结 ........................................................................................................................... 176 第 8 章 Kubernetes 数据流式传输........................................ 177 流式传输简介 ............................................................................................................ 177 传输类型 ............................................................................................................ 178 传输保证 ............................................................................................................ 179 功能范围 ............................................................................................................ 180 流式传输在 Kubernetes 上的作用 .............................................................................. 181 通过 Apache Pulsar 在 Kubernetes 上实现流式传输 .................................................. 183 准备环境 ............................................................................................................ 186 使用 cert-manager 配置默认的安全通信 .................................................................... 188 通过 Helm 部署 Apache Pulsar ........................................................................... 192 通过 Apache Flink 进行流分析 .................................................................................. 192 在 Kubernetes 上部署 Apache Flink ................................................................... 195 小结 ........................................................................................................................... 197 第 9 章 Kubernetes 数据分析.............................................198 数据分析简介 ............................................................................................................ 199 在 Kubernetes 上部署分析工作负载 .......................................................................... 200 Apache Spark 简介 ..................................................................................................... 203 在 Kubernetes 上部署 Apache Spark .......................................................................... 204 构建自定义容器 ................................................................................................. 206 提交并运行应用 ................................................................................................. 206 Apache Spark 专用的 Kubernetes Operator ................................................................ 207 Kubernetes 调度器替代品 .......................................................................................... 210 Apache YuniKorn ................................................................................................ 212 Volcano ............................................................................................................... 214 Kubernetes 专用分析引擎 .......................................................................................... 217 Dask ................................................................................................................... 219 Ray ..................................................................................................................... 221 小结 ........................................................................................................................... 223 第 10 章 机器学习及其他新兴用例..........................................224 云原生 AI/ML 技术栈 ................................................................................................ 224 AI/ML 定义 ........................................................................................................ 225 定义 AI/ML 技术栈 ............................................................................................ 227 使用 KServe 进行实时模型服务 ......................................................................... 228 使用 Feast 进行特征的全生命周期管理 ............................................................. 231 使用 Milvus 进行向量相似度搜索 ..................................................................... 234 使用 Apache Arrow 实现高效的数据移动 .................................................................. 236 使用 lakeFS 管理对象存储的版本 ............................................................................. 239 小结 ........................................................................................................................... 242 第 11 章 将数据工作负载迁移到 Kubernetes 上........................244 愿景:应用感知平台 ................................................................................................. 244 描绘成功的蓝图 ......................................................................................................... 246 人员 .................................................................................................................... 247 技术 .................................................................................................................... 250 流程 .................................................................................................................... 256 云原生数据的未来 ..................................................................................................... 261 小结 ........................................................................................................................... 264 关于作者..........................................................................266 关于封面..........................................................................266
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