在 GKE 中將 MySQL 資料從 Persistent Disk 遷移至 Hyperdisk

自動駕駛 標準

本教學課程說明如何將現有的 MySQL 資料從 Persistent Disk (PD) 遷移至 Google Kubernetes Engine 的 Hyperdisk，以提升儲存空間效能。Hyperdisk 的 IOPS 和總處理量比永久磁碟更高，可減少資料庫查詢和交易的延遲時間，進而提升 MySQL 效能。您可以根據機器類型相容性，使用磁碟快照將資料遷移至不同磁碟類型。舉例來說，Hyperdisk 磁碟區僅與部分第 3 代、第 4 代和後續機型 (例如 N4) 相容，這些機型不支援 Persistent Disk。詳情請參閱「可用的機器系列」。

為示範從永久磁碟遷移至 Hyperdisk，本教學課程使用 Sakila 資料庫提供範例資料集。Sakila 是 MySQL 提供的範例資料庫，可用於教學課程和範例的結構定義。這個資料庫代表虛構的 DVD 租賃商店，內含電影、演員、顧客和租賃的資料表。

本指南適用於負責建立及分配儲存空間，並管理資料安全性及資料存取權的儲存空間專家和管理員。如要進一步瞭解我們在 Google Cloud 內容中提及的常見角色和範例工作，請參閱「常見的 GKE 使用者角色和工作」。

部署架構

下圖說明從 Persistent Disk 遷移至 Hyperdisk 的程序。

• MySQL 應用程式會在搭載 N2 機器類型的 GKE 節點集區上執行，並將資料儲存在永久磁碟 SSD 上。
• 為確保資料一致性，應用程式會縮減規模，防止寫入新資料。
• 系統會建立永久磁碟的快照，做為資料的完整時間點備份。
• 系統會從快照佈建新的 Hyperdisk，並在獨立的 Hyperdisk 相容 N4 節點集區中部署新的 MySQL 執行個體。這個新執行個體會連接至新建立的 Hyperdisk，完成遷移至高效能儲存空間的作業。

圖 1：使用快照將 MySQL 資料從永久磁碟遷移至 Hyperdisk。

目標

在本教學課程中，您將瞭解如何執行下列操作：

• 部署 MySQL 叢集。
• 上傳測試資料集。
• 建立資料快照。
• 從快照建立 Hyperdisk。
• 在啟用 Hyperdisk 的 N4 機型節點集區中，啟動新的 MySQL 叢集。
• 驗證資料完整性，確認遷移作業是否成功。

費用

在本文件中，您會使用下列 Google Cloud的計費元件：

• GKE
• Compute Engine, which includes:
  • Storage capacity provisioned for both Persistent Disk and Hyperdisk.
  • Storage costs for the snapshots.

如要根據預測用量估算費用，請使用 Pricing Calculator。

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1. 確認您在專案中具備下列角色： roles/container.admin、roles/iam.serviceAccountAdmin、roles/compute.admin

   檢查角色

   1. 前往 Google Cloud 控制台的「IAM」頁面。

      前往「IAM」頁面
   2. 選取專案。

   3. 在「主體」欄中，找出所有識別您或您所屬群組的資料列。如要瞭解自己所屬的群組，請與管理員聯絡。

   4. 針對指定或包含您的所有列，請檢查「角色」欄，確認角色清單是否包含必要角色。

   授予角色

   1. 前往 Google Cloud 控制台的「IAM」頁面。

      前往「IAM」頁面
   2. 選取專案。
   3. 按一下「Grant access」(授予存取權)。

   4. 在「New principals」(新增主體) 欄位中，輸入您的使用者 ID。 這通常是指 Google 帳戶的電子郵件地址。

   5. 按一下「選取角色」，然後搜尋角色。
   6. 如要授予其他角色，請按一下「Add another role」(新增其他角色)，然後新增其他角色。
   7. 按一下「Save」(儲存)。

設定 Cloud Shell

2. 在 Google Cloud 控制台中啟用 Cloud Shell。

   啟用 Cloud Shell

   Google Cloud 主控台底部會開啟一個 Cloud Shell 工作階段，並顯示指令列提示。Cloud Shell 是已安裝 Google Cloud CLI 的殼層環境，並已針對您目前的專案設定好相關值。工作階段可能要幾秒鐘的時間才能初始化。

Cloud Shell 工作階段會開啟，並顯示指令列提示。工作階段可能要幾秒鐘的時間才能初始化。

3. 設定您的預設專案：

     gcloud config set project PROJECT_ID
   

   將 PROJECT_ID 替換為專案 ID。

準備環境

1. 在 Cloud Shell 中，為專案、位置和叢集前置字元設定環境變數。

   export PROJECT_ID=PROJECT_ID
   export EMAIL_ADDRESS=EMAIL_ADDRESS
   export KUBERNETES_CLUSTER_PREFIX=offline-hyperdisk-migration
   export LOCATION=us-central1-a
   

   更改下列內容：

   • PROJECT_ID：您的 Google Cloud 專案 ID。
   • EMAIL_ADDRESS：您的電子郵件地址。
   • LOCATION：您要建立部署資源的可用區。基於本教學課程的目的，請使用 us-central1-a 區域。

2. 從 GitHub 複製程式碼範例存放區：

   git clone https://github.com/GoogleCloudPlatform/kubernetes-engine-samples
   

3. 前往 offline-hyperdisk-migration 目錄，開始建立部署資源：

   cd kubernetes-engine-samples/databases/offline-hyperdisk-migration
   

建立 GKE 叢集和節點集區

本教學課程使用區域叢集，因為 Hyperdisk 磁碟區是可用區資源，只能在單一可用區內存取。

1. 建立可用區 GKE 叢集：

   gcloud container clusters create ${KUBERNETES_CLUSTER_PREFIX}-cluster \
       --location ${LOCATION} \
       --node-locations ${LOCATION} \
       --shielded-secure-boot \
       --shielded-integrity-monitoring \
       --machine-type "e2-micro" \
       --num-nodes "1"
   

2. 為初始 MySQL 部署作業新增 N2 機型的節點集區：

   gcloud container node-pools create regular-pool \
       --cluster ${KUBERNETES_CLUSTER_PREFIX}-cluster \
       --machine-type n2-standard-4 \
       --location ${LOCATION} \
       --num-nodes 1
   

3. 在 Hyperdisk 上新增 N4 機型節點集區，MySQL 部署作業將遷移至該處並執行：

   gcloud container node-pools create hyperdisk-pool \
       --cluster ${KUBERNETES_CLUSTER_PREFIX}-cluster \
       --machine-type n4-standard-4 \
       --location ${LOCATION} \
       --num-nodes 1
   

4. 連線至叢集：

   gcloud container clusters get-credentials ${KUBERNETES_CLUSTER_PREFIX}-cluster --location ${LOCATION}
   

在永久磁碟上部署 MySQL

在本節中，您將部署使用 Persistent Disk 做為儲存空間的 MySQL 執行個體，並載入範例資料。

1. 為 Hyperdisk 建立及套用 StorageClass。本教學課程稍後會用到這個 StorageClass。

   apiVersion: storage.k8s.io/v1
   kind: StorageClass
   metadata:
     name: balanced-storage
   provisioner: pd.csi.storage.gke.io
   volumeBindingMode: WaitForFirstConsumer
   allowVolumeExpansion: true
   parameters:
     type: hyperdisk-balanced
     provisioned-throughput-on-create: "250Mi"
     provisioned-iops-on-create: "7000"

   kubectl apply -f manifests/01-storage-class/storage-class-hdb.yaml
   

2. 建立及部署包含節點親和性的 MySQL 執行個體，確保 Pod 會排定在 regular-pool 節點上，並佈建永久磁碟 SSD 磁碟區。

   apiVersion: v1
   kind: Service
   metadata:
     name: regular-mysql
     labels:
       app: mysql
   spec:
     ports:
       - port: 3306
     selector:
       app: mysql
     clusterIP: None
   ---
   apiVersion: v1
   kind: PersistentVolumeClaim
   metadata:
     name: mysql-pv-claim
     labels:
       app: mysql
   spec:
     accessModes:
       - ReadWriteOnce
     resources:
       requests:
         storage: 30Gi
     storageClassName: premium-rwo
   ---
   apiVersion: apps/v1
   kind: Deployment
   metadata:
     name: existing-mysql
     labels:
       app: mysql
   spec:
     selector:
       matchLabels:
         app: mysql
     strategy:
       type: Recreate
     template:
       metadata:
         labels:
           app: mysql
       spec:
         containers:
         - image: mysql:8.0
           name: mysql
           env:
           - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
             value: migration
           - name: MYSQL_DATABASE
             value: mysql
           - name: MYSQL_USER
             value: app
           - name: MYSQL_PASSWORD
             value: migration
           ports:
           - containerPort: 3306
             name: mysql
           volumeMounts:
           - name: mysql-persistent-storage
             mountPath: /var/lib/mysql
         affinity: 
           nodeAffinity:
             preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
             - weight: 1
               preference:
                 matchExpressions:
                 - key: "node.kubernetes.io/instance-type"
                   operator: In
                   values:
                   - "n2-standard-4"
         volumes:
         - name: mysql-persistent-storage
           persistentVolumeClaim:
             claimName: mysql-pv-claim

   kubectl apply -f manifests/02-mysql/mysql-deployment.yaml
   

   這個資訊清單會建立 MySQL 部署作業和服務，並動態佈建 Persistent Disk 來儲存資料。 root 使用者的密碼為 migration。

3. 部署 MySQL 用戶端 Pod 來載入資料，並驗證資料遷移作業：

   apiVersion: v1
   kind: Pod
   metadata:
     name: mysql-client
   spec:
     containers:
     - name: main
       image: mysql:8.0
       command: ["sleep", "360000"]
       resources:
         requests:
           memory: 1Gi
           cpu: 500m
         limits:
           memory: 1Gi
           cpu: "1"
       env:
       - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
         value: migration

   kubectl apply -f manifests/02-mysql/mysql-client.yaml
   kubectl wait pods mysql-client --for condition=Ready --timeout=300s
   

4. 連線至用戶端 Pod：

   kubectl exec -it mysql-client -- bash
   

5. 從用戶端 Pod 殼層下載並匯入 Sakila 範例資料集：

   # Download the dataset
   curl --output dataset.tgz "https://downloads.mysql.com/docs/sakila-db.tar.gz"
   
   # Extract the dataset
   tar -xvzf dataset.tgz -C /home/mysql
   
   # Import the dataset into MySQL (the password is "migration").
   mysql -u root -h regular-mysql.default -p
       SOURCE /sakila-db/sakila-schema.sql;
       SOURCE /sakila-db/sakila-data.sql;
   

6. 確認資料已匯入：

   USE sakila;
   SELECT      table_name,      table_rows  FROM      INFORMATION_SCHEMA.TABLES  WHERE TABLE_SCHEMA = 'sakila';
   

   輸出內容會顯示資料表清單和列數。

   | TABLE_NAME                 | TABLE_ROWS |
   +----------------------------+------------+
   | actor                      |        200 |
   | actor_info                 |       NULL |
   | address                    |        603 |
   | category                   |         16 |
   | city                       |        600 |
   | country                    |        109 |
   | customer                   |        599 |
   | customer_list              |       NULL |
   | film                       |       1000 |
   | film_actor                 |       5462 |
   | film_category              |       1000 |
   | film_list                  |       NULL |
   | film_text                  |       1000 |
   | inventory                  |       4581 |
   | language                   |          6 |
   | nicer_but_slower_film_list |       NULL |
   | payment                    |      16086 |
   | rental                     |      16419 |
   | sales_by_film_category     |       NULL |
   | sales_by_store             |       NULL |
   | staff                      |          2 |
   | staff_list                 |       NULL |
   | store                      |          2 |
   +----------------------------+------------+
   23 rows in set (0.01 sec)
   

7. 結束 mysql 工作階段：

   exit;
   

8. 結束用戶端 Pod 殼層：

   exit
   

9. 取得為 MySQL 建立的 PersistentVolume (PV) 名稱，並儲存在環境變數中：

   export PV_NAME=$(kubectl get pvc mysql-pv-claim -o jsonpath='{.spec.volumeName}')
   

將資料遷移至 Hyperdisk 磁碟區

現在您有一個 MySQL 工作負載，資料儲存在 Persistent Disk SSD 磁碟區。本節說明如何使用快照將這項資料遷移至 Hyperdisk 磁碟區。這種遷移方式也會保留原始的 Persistent Disk 磁碟區，讓您在必要時還原使用原始的 MySQL 執行個體。

1. 雖然您可以從磁碟建立快照，而不必將磁碟從工作負載中卸離，但為確保 MySQL 的資料完整性，您必須在建立快照期間停止對磁碟進行任何新的寫入作業。將 MySQL 部署作業縮減為 0 個副本，停止寫入作業：

   kubectl scale deployment regular-mysql --replicas=0
   

2. 從現有永久磁碟建立快照：

   gcloud compute disks snapshot ${PV_NAME} --location=${LOCATION} --snapshot-name=original-snapshot --description="snapshot taken from pd-ssd"
   

3. 使用快照建立名為 mysql-recovery 的新 Hyperdisk 磁碟區：

   gcloud compute disks create mysql-recovery --project=${PROJECT_ID} \
       --type=hyperdisk-balanced \
       --size=150GB --location=${LOCATION} \
       --source-snapshot=projects/${PROJECT_ID}/global/snapshots/original-snapshot
   

4. 使用專案 ID 更新還原的 PV 資訊清單檔案：

   apiVersion: v1
   kind: PersistentVolume
   metadata:
     name: backup
   spec:
     storageClassName: balanced-storage
     capacity:
       storage: 150G
     accessModes:
       - ReadWriteOnce
     claimRef:
       name: hyperdisk-recovery
       namespace: default
     csi:
       driver: pd.csi.storage.gke.io
       volumeHandle: projects/PRJCTID/zones/us-central1-a/disks/mysql-recovery
       fsType: ext4
   ---
   apiVersion: v1
   kind: PersistentVolumeClaim
   metadata:
     namespace: default
     name: hyperdisk-recovery
   spec:
     storageClassName: balanced-storage
     accessModes:
       - ReadWriteOnce
     resources:
       requests:
         storage: 150G

   sed -i "s/PRJCTID/$PROJECT_ID/g" manifests/02-mysql/restore_pv.yaml
   

5. 從新的 Hyperdisk 建立 PersistentVolume (PVC) 和 PersistentVolumeClaim：

   kubectl apply -f manifests/02-mysql/restore_pv.yaml
   

驗證資料遷移作業

部署使用新建立 Hyperdisk 磁碟區的 MySQL 執行個體。這個 Pod 會排定在由 N4 節點組成的 hyperdisk-pool 節點集區上。

1. 部署新的 MySQL 執行個體：

   apiVersion: v1
   kind: Service
   metadata:
     name: recovered-mysql
     labels:
       app: new-mysql
   spec:
     ports:
       - port: 3306
     selector:
       app: new-mysql
     clusterIP: None
   ---
   apiVersion: apps/v1
   kind: Deployment
   metadata:
     name: new-mysql
     labels:
       app: new-mysql
   spec:
     selector:
       matchLabels:
         app: new-mysql
     strategy:
       type: Recreate
     template:
       metadata:
         labels:
           app: new-mysql
       spec:
         containers:
         - image: mysql:8.0
           name: mysql
           env:
           - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
             value: migration
           - name: MYSQL_DATABASE
             value: mysql
           - name: MYSQL_USER
             value: app
           - name: MYSQL_PASSWORD
             value: migration
           ports:
           - containerPort: 3306
             name: mysql
           volumeMounts:
           - name: mysql-persistent-storage
             mountPath: /var/lib/mysql
         affinity: 
           nodeAffinity:
             preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
             - weight: 1
               preference:
                 matchExpressions:
                 - key: "cloud.google.com/gke-nodepool"
                   operator: In
                   values:
                   - "hyperdisk-pool"      
         volumes:
         - name: mysql-persistent-storage
           persistentVolumeClaim:
             claimName: hyperdisk-recovery

   kubectl apply -f manifests/02-mysql/recovery_mysql_deployment.yaml
   

2. 如要驗證資料完整性，請再次連線至 MySQL 用戶端 Pod：

   kubectl exec -it mysql-client -- bash
   

3. 在用戶端 Pod 中，連線至新的 MySQL 資料庫 (recovered-mysql.default) 並驗證資料。密碼為 migration。

   mysql -u root -h recovered-mysql.default -p
   USE sakila;
   SELECT table_name, table_rows FROM INFORMATION_SCHEMA.TABLES WHERE TABLE_SCHEMA = 'sakila';
   

   資料應與持續性磁碟磁碟區上的原始 MySQL 執行個體相同。

   成功： 您已成功將 MySQL 資料從 Persistent Disk 遷移至 Hyperdisk。

4. 結束 mysql 工作階段：

   exit;
   

5. 結束用戶端 Pod 殼層：

   exit
   

清除所用資源

為避免因為本教學課程所用資源，導致系統向 Google Cloud 收取費用，請刪除含有相關資源的專案，或者保留專案但刪除個別資源。

刪除專案

注意：刪除專案會造成以下結果：

• 專案中的所有內容都會遭到刪除。如果使用現有專案來進行本文中的任務，刪除專案將一併移除當中已完成的其他任務'。
• 自訂專案 ID 會消失。當您之前建立這個專案時，可能建立了想要在日後使用的自訂專案 ID。如要保留使用該專案 ID 的網址 (例如 appspot.com 網址)，請刪除在該專案中選取的資源，而不是刪除整個專案。

如果打算探索多種架構、教學課程或快速入門導覽課程，重複使用專案可避免超出專案配額限制。

刪除 Google Cloud 專案：

gcloud projects delete PROJECT_ID

刪除個別資源

如果您使用現有專案，但不想刪除專案，請刪除個別資源：

1. 設定環境變數以進行清理，並擷取 mysql-pv-claim PersistentVolumeClaim 建立的 Persistent Disk 磁碟區名稱：

   export PROJECT_ID=PROJECT_ID
   export KUBERNETES_CLUSTER_PREFIX=offline-hyperdisk-migration
   export location=us-central1-a
   export PV_NAME=$(kubectl get pvc mysql-pv-claim -o jsonpath='{.spec.volumeName}')
   

   將 PROJECT_ID 替換為專案 ID。

2. 刪除快照：

   gcloud compute snapshots delete original-snapshot --quiet
   

3. 刪除 GKE 叢集：

   gcloud container clusters delete ${KUBERNETES_CLUSTER_PREFIX}-cluster --location=${LOCATION} --quiet
   

4. 刪除 Persistent Disk 和 Hyperdisk 磁碟區：

   gcloud compute disks delete ${PV_NAME} --location=${LOCATION} --quiet
   gcloud compute disks delete mysql-recovery --location=${LOCATION} --quiet
   

後續步驟

• 前往 GKE 範例 GitHub 存放區查看更多程式碼範例。
• 瞭解如何使用 Hyperdisk 磁碟區調整儲存空間效能。
• 瞭解如何使用 Compute Engine Persistent Disk CSI 驅動程式管理 Persistent Disk 和 Hyperdisk 磁碟區。
• 查看 Google Cloud 的參考架構、圖表和最佳做法。歡迎瀏覽我們的 Cloud Architecture Center。