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使用有狀態高可用性作業人員提高有狀態應用程式可用性

Autopilot Standard

有狀態高可用性 (HA) 運算子可讓您使用 GKE 內建的區域永久磁碟整合功能，自動控制 StatefulSet Pod 容錯移轉的速度。在容錯移轉期間，operator 會自動處理節點故障偵測、從故障節點卸載磁碟區，並確保磁碟區連結安全地附加至容錯移轉節點。

為何要使用 Stateful HA Operator

如要達成高可用性，常見的有狀態架構會使用區域性永久磁碟做為儲存層。這類磁碟可在區域內的兩個可用區之間同步複製資料。在節點或區域網路發生故障時，這項架構可讓工作負載容錯移轉 (透過強制附加)，將副本附加至其他區域中另一個節點的儲存空間。

有狀態高可用性運算子可讓您進行下列最佳化：

縮短單一副本應用程式的復原時間：如果只使用一個副本，您可以在佈建應用程式時使用 Stateful HA Operator，並將區域儲存空間換成區域儲存空間，以提高節點故障時的資料耐久性和可用性。
降低跨區域網路費用：對於高處理量應用程式而言，跨多個區域複製資料的成本可能很高。您可以使用 Stateful HA Operator 在單一可用區中執行應用程式，同時維持備援路徑至符合應用程式 SLA 的替代可用區。

限制

系統不支援「gcePersistentDisk」gcePersistentDisk磁碟區類型。使用採用永久磁碟 CSI 驅動程式的 PersistentVolume。
採用單一副本的 Stateful HA Operator 架構時，GKE 會透過區域性永久磁碟將資料保留在兩個可用區，但只有在應用程式副本運作正常時，才能存取資料。在容錯移轉期間，應用程式會暫時無法使用，因為副本會重新排程至新的健全節點。如果應用程式的復原時間目標 (RTO) 非常低，建議使用多個副本的方法。

事前準備

開始之前，請務必先完成下列工作：

啟用 Google Kubernetes Engine API。

啟用 Google Kubernetes Engine API

如要使用 Google Cloud CLI 執行這項工作，請安裝並初始化 gcloud CLI。如果您先前已安裝 gcloud CLI，請執行 gcloud components update 指令，取得最新版本。較舊的 gcloud CLI 版本可能不支援執行本文件中的指令。
注意：如果是現有的 gcloud CLI 安裝項目，請務必設定 compute/region 屬性。如果您主要使用區域叢集，請改為設定 compute/zone。設定預設位置後，即可避免 gcloud CLI 發生下列錯誤：One of [--zone, --region] must be supplied: Please specify location。如果叢集位置與您設定的預設位置不同，您可能需要在特定指令中指定位置。

需求條件

使用 Stateful HA Operator 時，系統會自動設定連結的 StatefulSet，以使用區域性永久磁碟。不過，您有責任確保 Pod 已設定為使用這些磁碟，且能夠在與基礎儲存空間相關聯的所有區域中執行。
確認應用程式在區域性永久磁碟支援的機器形狀上執行：E2、N1、N2、N2D。
確認已啟用 Compute Engine Persistent Disk CSI 驅動程式。新的 Autopilot 和 Standard 叢集預設會啟用 Persistent Disk CSI 驅動程式，且使用 Autopilot 時無法停用或編輯。如需從叢集手動新增 Persistent Disk CSI 驅動程式，請參閱「在現有叢集上啟用 Persistent Disk CSI 驅動程式」。
如果您使用自訂 StorageClass，請透過 pd.csi.storage.gke.io 佈建工具和下列參數設定 Persistent Disk CSI 驅動程式：
- availability-class: regional-hard-failover
- replication-type: regional-pd

設定及使用 Stateful HA Operator

如要為有狀態工作負載設定有狀態高可用性運算子，請按照下列步驟操作：

啟用 StatefulHA 外掛程式。
安裝 HighAvailabilityApplication 資源。
安裝 StatefulSet。
檢查 HighAvailabilityApplication 資源。

啟用 `StatefulHA` 外掛程式

如要使用 Stateful HA Operator，必須在叢集上啟用 StatefulHA 外掛程式。

Autopilot 叢集：GKE 會在建立叢集時自動啟用 StatefulHA 外掛程式。如要在現有工作負載上使用 Stateful HA Operator，您必須手動啟用 Compute Engine Persistent Disk CSI 驅動程式。詳情請參閱「在現有叢集上啟用 Persistent Disk CSI 驅動程式」。
標準叢集：
- 建立新叢集：按照 gcloud CLI 指令建立標準叢集，並新增 --addons=StatefulHA=ENABLED 標記。
- 現有 Standard 叢集：按照 gcloud CLI 指示更新 Standard 叢集的設定，並使用下列旗標啟用外掛程式：--update-addons=StatefulHA=ENABLED。

啟用外掛程式後，GKE 會自動安裝名為 standard-rwo-regional 的 StorageClass。

安裝 HighAvailabilityApplication 資源

HighAvailabilityApplication 是 Kubernetes 資源，可簡化 StatefulSet 設定，並提高 GKE 的 Pod 可用性。Stateful HA Operator 會調解 GKE 上的 HighAvailabilityApplication 資源。

在 HighAvailabilityApplication 規格中，您必須將 HighAvailabilityApplication.spec.resourceSelection.resourceKind 設為 StatefulSet。

如要瞭解如何設定 HighAvailability 資源，請參閱HighAvailabilityApplication 參考文件。

以下是 PostgreSQL 的範例：

將下列資訊清單儲存至名為 stateful-ha-example-resource.yaml 的檔案：
```
kind: HighAvailabilityApplication
apiVersion: ha.gke.io/v1
metadata:
  name: APP_NAME
  namespace: APP_NAMESPACE
spec:
  resourceSelection:
    resourceKind: StatefulSet
  policy:
    storageSettings:
      requireRegionalStorage: true
    failoverSettings:
      forceDeleteStrategy: AfterNodeUnreachable
      afterNodeUnreachable:
        afterNodeUnreachableSeconds: 20
```
更改下列內容：
- APP_NAME：要保護的叢集應用程式名稱。HighAvailabilityApplication 和 StatefulSet 必須共用這個名稱。
- APP_NAMESPACE：應用程式命名空間。這個命名空間必須由 HighAvailabilityApplication 和受保護的 StatefulSet 共用。
在這個例子中：
- HighAvailabilityApplication.spec.policy.storageSettings.requireRegionalSettings 已設為 true。這會強制執行區域儲存空間。
- HighAvailabilityApplication.spec.policy.failoverSettings 設為 AfterNodeUnreachable。這會決定節點故障時如何觸發強制刪除。
- HighAvailabilityApplication.spec.policy.failoverSettings.afterNodeUnreachable 設為 20。這是逾時時間，節點標示為無法連線後，系統會強制刪除 Pod。
建立資源。HighAvailabilityApplication 資源會找出命名空間和名稱相符的 StatefulSet。
```
kubectl apply -f stateful-ha-example-resource.yaml
```

安裝 StatefulSet

安裝 StatefulSet。舉例來說，您可以使用 Helm 安裝 PostgreSQL StatefulSet (Helm 已預先安裝在 Cloud Shell 中)：

helm install postgresql oci://registry-1.docker.io/bitnamicharts/postgresql \
  --namespace=APP_NAMESPACE \
  --set fullnameOverride=APP_NAME

HighAvailabilityApplication 資源會自動將 StatefulSet 的 StorageClass 修改為 standard-rwo-regional，後者會使用區域性永久磁碟。

檢查 HighAvailabilityApplication 資源

執行下列指令，確認範例應用程式已啟用自動容錯移轉：

kubectl describe highavailabilityapplication APP_NAME

畫面會顯示類似以下的輸出內容：

Status:
Conditions:
  Last Transition Time:  2023-08-09T23:59:52Z
  Message:               Application is protected
  Observed Generation:   1
  Reason:                ApplicationProtected
  Status:                True
  Type:                  Protected

使用現有 Persistent Disk

如果您使用現有的 Persistent Disk 和靜態定義的 PersistentVolume，請使用 .spec.csi.volumeAttributes 中的 force-attach: true 設定 PersistentVolume。例如：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: PV_NAME
spec:
  storageClassName: "STORAGE_CLASS_NAME"
  capacity:
    storage: DISK_SIZE
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  claimRef:
    name: PV_CLAIM_NAME
    namespace: default
  csi:
    driver: pd.csi.storage.gke.io
    volumeHandle: DISK_ID
    fsType: FS_TYPE
    volumeAttributes:
      force-attach: ¨true¨