构建多个网络互通的 GCP GKE 集群

本文介绍了如何构建多个 GCP GKE 集群，并配置集群之间的网络互通，为跨 Kubernetes 集群部署 TiDB 集群作准备。

如果仅需要部署一个 TiDB 集群到一个 GCP GKE 集群，请参考在 GCP GKE 上部署 TiDB 集群文档。

环境准备

部署前，请确认已完成以下环境准备：

• Helm 3：用于安装 TiDB Operator
• gcloud：用于创建和管理 GCP 服务的命令行工具
• 完成 GKE 快速入门 中的准备工作 (Before you begin)

配置 GCP 服务

使用以下命令，设置好你的 GCP 项目：

gcloud config set core/project <gcp-project>

第 1 步：创建网络

1. 创建一个自定义子网的 VPC 网络。

   gcloud compute networks create ${network_name} --subnet-mode=custom
   

2. 在新创建的 VPC 网络下创建三个属于不同 Region 的子网，子网的 CIDR block 相互不重叠。

   gcloud compute networks subnets create ${subnet_1} \
       --region=${region_1} \
       --network=${network_name} \
       --range=10.0.0.0/16 \
       --secondary-range pods=10.10.0.0/16,services=10.100.0.0/16
   

   gcloud compute networks subnets create ${subnet_2} \
       --region=${region_2} \
       --network=${network_name} \
       --range=10.1.0.0/16 \
       --secondary-range pods=10.11.0.0/16,services=10.101.0.0/16
   

   gcloud compute networks subnets create ${subnet_3} \
       --region=${region_3} \
       --network=${network_name} \
       --range=10.2.0.0/16 \
       --secondary-range pods=10.12.0.0/16,services=10.102.0.0/16
   

   ${subnet_1}、${subnet_2} 和 ${subnet_3} 为三个不同子网的名字。

   参数 --range=10.0.0.0/16 指定集群的子网的 CIRD 块，所有集群的子网的 CIDR block 必须不相互重叠。

   参数 --secondary-range pods=10.11.0.0/16,services=10.101.0.0/16 中指定了 Kubernetes 的 Pod 与 Service 使用的 CIRD block，将会在后面使用到。

第 2 步：启动 Kubernetes 集群

创建三个 GKE 集群，每个集群使用上述创建的子网。

1. 创建三个 GKE 集群，每个集群有一个默认的节点池：

   gcloud beta container clusters create ${cluster_1} \
       --region ${region_1} --num-nodes 1 \
       --network ${network_name} --subnetwork ${subnet_1} \
       --cluster-dns clouddns --cluster-dns-scope vpc \
       --cluster-dns-domain ${cluster_domain_1}
       --enable-ip-alias \
       --cluster-secondary-range-name=pods --services-secondary-range-name=services
   

   gcloud beta container clusters create ${cluster_2} \
       --region ${region_2} --num-nodes 1 \
       --network ${network_name} --subnetwork ${subnet_2} \
       --cluster-dns clouddns --cluster-dns-scope vpc \
       --cluster-dns-domain ${cluster_domain_2}
       --enable-ip-alias \
       --cluster-secondary-range-name=pods --services-secondary-range-name=services
   

   gcloud beta container clusters create ${cluster_3} \
       --region ${region_3} --num-nodes 1 \
       --network ${network_name} --subnetwork ${subnet_3} \
       --cluster-dns clouddns --cluster-dns-scope vpc \
       --cluster-dns-domain ${cluster_domain_3}
       --enable-ip-alias \
       --cluster-secondary-range-name=pods --services-secondary-range-name=services
   

   上述命令中，${cluster_domain_n} 表示第 n 个集群的 cluster domain。在后续部署 TiDB 集群时，需要配置部署的 TidbCluster CR 中的 spec.clusterDomain。

   使用 VPC 范围的 Cloud DNS 服务，使得集群可以解析其他集群的 Pod 和 Service 地址。

2. 为每个集群创建 PD、TiKV 和 TiDB 使用的独立的节点池。

   以集群 1 为例：

   gcloud container node-pools create pd --cluster ${cluster_1} --machine-type n1-standard-4 --num-nodes=1 \
       --node-labels=dedicated=pd --node-taints=dedicated=pd:NoSchedule
   gcloud container node-pools create tikv --cluster ${cluster_1}  --machine-type n1-highmem-8 --num-nodes=1 \
       --node-labels=dedicated=tikv --node-taints=dedicated=tikv:NoSchedule
   gcloud container node-pools create tidb --cluster ${cluster_1}  --machine-type n1-standard-8 --num-nodes=1 \
       --node-labels=dedicated=tidb --node-taints=dedicated=tidb:NoSchedule
   

3. 获取每个集群的 Kubenetes context，后续当你使用 kubectl 命令操作特定的集群时，需要指定对应的 context。

   kubectl config get-contexts
   

   输出类似如下，其中的 NAME 项就是你后续需要使用的 context。

   CURRENT   NAME                          CLUSTER                       AUTHINFO                            NAMESPACE
   *         gke_pingcap_us-west1_tidb-1   gke_pingcap_us-west1_tidb-1   gke_pingcap_us-west1_tidb-1
             gke_pingcap_us-west2_tidb-2   gke_pingcap_us-west2_tidb-2   gke_pingcap_us-west2_tidb-2
             gke_pingcap_us-west3_tidb-3   gke_pingcap_us-west3_tidb-3   gke_pingcap_us-west3_tidb-3
   

   后文中，使用 ${context_1}、${context_2} 与 ${context_3} 分别代表各个集群的 context。

配置防火墙规则

1. 更新集群 1 的防火墙规则。

   1. 找到用于 GKE Pod 间通信的防火墙规则的名字，防火墙规则命名规则类似于：gke-${cluster_1}-${hash}-all

      gcloud compute firewall-rules list --filter='name~gke-${cluster_1}-.*-all'
      

      输出类似如下，其 NAME 项为规则的名字。

      NAME                           NETWORK     DIRECTION  PRIORITY  ALLOW                         DENY  DISABLED
      gke-${cluster_1}-b8b48366-all  ${network}  INGRESS    1000      tcp,udp,icmp,esp,ah,sctp            False
      

   2. 更新该防火墙规则的 source range，加上另外两个集群的 Pod 网络的 CIDR block。

      gcloud compute firewall-rules update ${firewall_rule_name} --source-ranges 10.10.0.0/16,10.11.0.0/16,10.12.0.0/16
      

      你可以通过以下命令检查防火墙规则是否成功更新。

      gcloud compute firewall-rules describe ${firewall_rule_name}
      

2. 按照步骤 1，更新集群 2 与集群 3 的防火墙规则。

第 3 步：验证网络连通性

在部署 TiDB 集群之前，你需要先验证多个集群之间的网络连通性。

1. 将下面定义保存到 sample-nginx.yaml 文件。

   apiVersion: v1
   kind: Pod
   metadata:
     name: sample-nginx
     labels:
       app: sample-nginx
   spec:
     hostname: sample-nginx
     subdomain: sample-nginx-peer
     containers:
     - image: nginx:1.21.5
       imagePullPolicy: IfNotPresent
       name: nginx
       ports:
         - name: http
           containerPort: 80
     restartPolicy: Always
   ---
   apiVersion: v1
   kind: Service
   metadata:
     name: sample-nginx-peer
   spec:
     ports:
       - port: 80
     selector:
       app: sample-nginx
     clusterIP: None
   

2. 在三个集群对应的命名空间下部署 NGINX 服务。

   kubectl --context ${context_1} -n default apply -f sample-nginx.yaml
   
   kubectl --context ${context_2} -n default apply -f sample-nginx.yaml
   
   kubectl --context ${context_3} -n default apply -f sample-nginx.yaml
   

3. 通过访问其他集群的 NGINX 服务，来验证网络是否连通。

   以验证集群 1 到集群 2 的网络连通性为例，执行以下命令。

   kubectl --context ${context_1} exec sample-nginx -- curl http://sample-nginx.sample-nginx-peer.default.svc.${cluster_domain_2}:80
   

   如果输出为 NGINX 的欢迎页面，那么就表明网络是正常连通的。

4. 验证完成后，执行以下命令删除 NGINX 服务。

   kubectl --context ${context_1} -n default delete -f sample-nginx.yaml
   
   kubectl --context ${context_2} -n default delete -f sample-nginx.yaml
   
   kubectl --context ${context_3} -n default delete -f sample-nginx.yaml
   

第 4 步：部署 TiDB Operator

每个集群的 TidbCluster CR 由当前集群的 TiDB Operator 管理，因此每个集群都需要部署 TiDB Operator。

参考在 Kubernetes 上部署 TiDB Operator 部署 TiDB Operator 到每个 GKE 集群。区别在于，需要通过命令 kubectl --context ${context} 与 helm --kube-context ${context} 为每个 GKE 集群部署 TiDB Operator。

第 5 步：部署 TiDB 集群

参考跨多个 Kubernetes 集群部署 TiDB 集群为每个集群部署一个 TidbCluster CR。需要注意的是：

• 在配置 TidbCluster CR 时使用的 spec.clusterDomain 字段需要和第 2 步：启动 Kubernetes 集群一节定义的 ${cluster_domain_n} 一致。

例如，部署初始集群 TidbCluster CR 到集群 1 时，将 spec.clusterDomain 指定为 ${cluster_domain_1}:

apiVersion: pingcap.com/v1alpha1
kind: TidbCluster
# ...
spec:
  #..
  clusterDomain: "${cluster_domain_1}"

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