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使用 GKE 備份將 MySQL 資料從 Persistent Disk 遷移至 Hyperdisk

Autopilot 標準

本教學課程說明如何使用 Backup for GKE，將 GKE 中的有狀態應用程式從舊版機器類型 (例如 N2) 遷移至新版機器類型 (例如 N4)，並將附加的 Persistent Disk 磁碟區換成附加的 Hyperdisk 磁碟區。如要進一步瞭解支援 Hyperdisk 的機器類型，請參閱 Compute Engine 說明文件。

為示範遷移作業，本教學課程會使用 Sakila 資料庫和 World 資料庫提供範例資料集。Sakila 是 MySQL 提供的範例資料庫，代表虛構的 DVD 租賃商店。World 資料庫包含國家/地區和城市的資料。本教學課程會使用不同命名空間中的兩個不同資料集，模擬複雜的多租戶環境。

本教學課程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」。 Google Cloud

為何要遷移至 Hyperdisk？

Hyperdisk 是 Google 的高效能區塊儲存空間，與永久磁碟相比，IOPS 和總處理量都大幅提升。對於 MySQL 資料庫等 I/O 密集型有狀態應用程式而言，效能提升至關重要。不過，Hyperdisk 僅支援較新的機型世代，例如 N4。如要遷移至 Hyperdisk，必須將工作負載移至新的節點集區或叢集。

為什麼要使用 GKE 備份？

雖然您可以使用磁碟快照進行遷移，但 GKE 備份提供宣告式自動化方法。這項工具的主要遷移功能是轉換規則，可讓您執行下列操作：

在還原期間，將 PersistentVolumeClaim (PVC) 的 StorageClass 從 Persistent Disk 動態變更為 Hyperdisk。
更新 Kubernetes 資訊清單 (例如 Deployment)，以指定 Hyperdisk 專用的新 N4 機型。

這個方法會協調應用程式狀態的備份作業，包括密鑰和設定，並將狀態還原至基礎架構需求經過修改的新環境，有助於減少人為錯誤。

部署架構

下圖說明使用 GKE 備份將有狀態 MySQL 工作負載，從 N2 機型上的 Persistent Disk 遷移至 N4 機型上的 Hyperdisk 的程序。

來源叢集：兩個 MySQL 部署作業分別位於 N2 機器系列節點集區的 namespace-a 和 namespace-b 命名空間。這些部署作業會使用 SSD 永久磁碟儲存資料。
備份策略：在叢集上啟用 GKE 備份代理程式，並建立備份方案來擷取命名空間、磁碟區資料和密鑰。接著，您會執行手動備份，建立時間點復原點。
轉換和還原：您可以使用轉換規則定義還原方案，以調整資源來配合目標環境。這些規則會執行下列作業：
- 將 StorageClass 從 premium-rwo (PD) 換成名為 balanced-storage 的 Hyperdisk 儲存空間級別。
- 修改 Pod 親和性規則，確保還原的工作負載排定在新的 N4 節點集區。
目標環境：您佈建了使用 N4 機型的新 GKE 叢集。還原程序會從備份重新建立磁碟做為 Hyperdisk 磁碟區，並將 MySQL 執行個體部署到相容的 N4 節點。

架構圖：使用 GKE 備份將 MySQL 資料從永久磁碟遷移至 Hyperdisk。 — **圖 1**：使用 GKE 備份功能，將 MySQL 資料從 Persistent Disk 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：

準備備份 GKE 有狀態應用程式。
啟用 GKE 備份外掛程式。
建立備份方案並備份來源叢集。
建立還原方案，使用轉換規則將儲存空間遷移至 Hyperdisk。
將工作負載還原至新叢集，並驗證資料。

費用

在本文件中，您會使用下列 Google Cloud的計費元件：

GKE
Compute Engine (Persistent Disk and Hyperdisk)
Backup for GKE

如要根據預測用量估算費用，請使用 Pricing Calculator。

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確認您在專案中具備下列一或多個角色： roles/container.admin、roles/iam.serviceAccountAdmin、roles/compute.admin、roles/gkebackup.admin、roles/monitoring.viewer
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

在 Google Cloud 控制台中啟用 Cloud Shell。

啟用 Cloud Shell

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。
設定您的預設專案：
```
  gcloud config set project PROJECT_ID
```
將 PROJECT_ID 替換為專案 ID。

設定環境

在本節中，您將準備環境變數，並複製範例存放區。

為專案、叢集名稱和區域設定環境變數：

export PROJECT_ID=PROJECT_ID
export KUBERNETES_CLUSTER_PREFIX=backup-gke-migration
export TARGET_CLUSTER_PREFIX=restore-gke-migration
export ZONE=us-central1-a

將 PROJECT_ID 替換為 Google Cloud專案 ID。

複製程式碼範例存放區，然後前往該目錄：

git clone https://github.com/GoogleCloudPlatform/kubernetes-engine-samples
cd kubernetes-engine-samples/databases/backup-migration

建立來源 GKE 叢集

建立可用區叢集，其中節點集區使用 N2 機型，並附加永久磁碟卷。

建立叢集：

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

為來源工作負載建立具有 n2-standard-4 機型的節點集區：

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

在來源叢集上啟用 GKE 備份外掛程式：

gcloud container clusters update ${KUBERNETES_CLUSTER_PREFIX}-cluster \
  --project=${PROJECT_ID}  \
  --location=${ZONE} \
  --update-addons=BackupRestore=ENABLED

取得叢集的憑證：

gcloud container clusters get-credentials ${KUBERNETES_CLUSTER_PREFIX}-cluster --zone ${ZONE}

確認已啟用 GKE 備份代理程式：

gcloud container clusters describe ${KUBERNETES_CLUSTER_PREFIX}-cluster \
  --project=${PROJECT_ID}  \
  --location=${ZONE}

輸出結果看起來與下列內容相似，並確認備份代理程式已啟用：

addonsConfig:
  gkeBackupAgentConfig:
    enabled: true

部署 MySQL 並填入範例資料

在不同命名空間中部署兩個 MySQL 資料庫，模擬實際工作環境。

建立 namespace-a 和 namespace-b 命名空間：

kubectl create namespace namespace-a
kubectl create namespace namespace-b

在 namespace-a 和 namespace-b 中部署 MySQL 工作負載：

部署 mysql-a-deployment.yaml 檔案：

kubectl apply -f manifests/02-mysql/mysql-a-deployment.yaml -n namespace-a

下列資訊清單會在 namespace-a 中建立 MySQL Pod，並在 regular-pool 節點上動態佈建 Persistent Disk SSD 磁碟。根密碼設為 migration：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mysql-a
  labels:
    app: mysql
spec:
  ports:
    - port: 3306
  selector:
    app: mysql
  clusterIP: None
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: mysql-a-pv-claim
  labels:
    app: mysql
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 30Gi
  storageClassName: premium-rwo
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: existing-mysql-a
  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-a
        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-a-pv-claim

部署  檔案：mysql-b-deployment.yaml

kubectl apply -f manifests/02-mysql/mysql-b-deployment.yaml -n namespace-b

下列資訊清單會在 namespace-b 中建立 MySQL Pod，並在 regular-pool 節點上動態佈建 Persistent Disk SSD 磁碟。根密碼設為 migration：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mysql-b
  labels:
    app: mysql
spec:
  ports:
    - port: 3306
  selector:
    app: mysql
  clusterIP: None
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: mysql-b-pv-claim
  labels:
    app: mysql
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 30Gi
  storageClassName: premium-rwo
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: existing-mysql-b
  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-b
        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-b-pv-claim

部署 MySQL 用戶端 Pod，上傳範例資料集：

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

下列資訊清單會部署 MySQL 用戶端 Pod：

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

連線至用戶端 Pod：
```
kubectl exec -it mysql-client -- bash
```

在 Pod 內，下載 Sakila 和 World 範例資料集：

curl --output dataset.tgz "https://downloads.mysql.com/docs/sakila-db.tar.gz"
tar -xvzf dataset.tgz -C ./

curl --output world-db.tar.gz "https://downloads.mysql.com/docs/world-db.tar.gz"
tar xvzf world-db.tar.gz -C ./

將 Sakila 資料集匯入 mysql-a 資料庫：

mysql -u root -h mysql-a.namespace-a -p
# Enter password: migration

SOURCE /sakila-db/sakila-schema.sql;
SOURCE /sakila-db/sakila-data.sql;

驗證匯入的 Sakila 資料：

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

結束 MySQL：

exit

將 World 資料集匯入 mysql-b 資料庫：

mysql -u root -h mysql-b.namespace-b -p
# Enter password: migration

SOURCE /world-db/world.sql;

驗證匯入的「World」資料：

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

輸出結果會與下列內容相似：

+-----------------+------------+
| table_name      | table_rows |
+-----------------+------------+
| city            |       4079 |
| country         |        239 |
| countrylanguage |        984 |
+-----------------+------------+

結束 MySQL：

exit

結束用戶端 Pod 殼層：
```
exit
```

備份 GKE 叢集

備份整個叢集，包括密鑰和磁碟區。

建立備份方案：

gcloud beta container backup-restore backup-plans create main-plan \
  --project=${PROJECT_ID} \
  --location=us-central1 \
  --cluster=projects/${PROJECT_ID}/locations/${ZONE}/clusters/${KUBERNETES_CLUSTER_PREFIX}-cluster \
  --selected-namespaces=namespace-a,namespace-b,default \
  --include-secrets \
  --include-volume-data \
  --target-rpo-minutes=1440 \
  --backup-retain-days=7 \
  --backup-delete-lock-days=3 \
  --locked

--selected-namespaces：備份特定命名空間，避免與系統資源發生衝突。
--include-volume-data: 有助於確保永久磁碟資料已備份。
--target-rpo-minutes：根據復原點目標 (RPO) 設定備份時間表。RPO 是可接受的資料遺失時間範圍上限，並決定備份頻率。如果設定為 1440 分鐘 (1 天)，系統就會排定每日備份。

建立備份：

gcloud beta container backup-restore backups create first-backup \
    --project=${PROJECT_ID} \
    --location=us-central1 \
    --backup-plan=main-plan \
    --wait-for-completion

等待輸出內容顯示 Backup state: SUCCEEDED。

確認備份已建立：

gcloud beta container backup-restore backups list \
    --project=${PROJECT_ID} \
    --location=us-central1 \
    --backup-plan=main-plan

透過 Hyperdisk 轉換還原

將備份還原至新叢集。還原作業會將儲存空間從 Persistent Disk 轉換為 Hyperdisk，並將工作負載移至 N4 節點。

在 N4 節點上建立目標 GKE 叢集：

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

建立具有 n4-standard-4 機型的節點集區，這是 Hyperdisk 的必要條件：

gcloud container node-pools create hyperdisk-pool \
  --cluster ${TARGET_CLUSTER_PREFIX}-cluster \
  --machine-type n4-standard-4 \
  --zone ${ZONE} \
  --num-nodes 1

取得目標叢集的憑證：

gcloud container clusters get-credentials ${TARGET_CLUSTER_PREFIX}-cluster --zone ${ZONE}

套用名為 balanced-storage 的 Hyperdisk StorageClass：

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

下列資訊清單定義 Hyperdisk 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"

查看 manifests/03-transformation-rule/volume.yaml 檔案中的轉換規則。這個檔案定義了還原期間資源的修改方式：

transformationRules:
- description: Change the StorageClass on PVCs from premium-rwo to balanced-storage
  resourceFilter:
    namespaces: ["namespace-a","namespace-b"]
    groupKinds:
    - resourceGroup: ""
      resourceKind: PersistentVolumeClaim
  fieldActions:
  - op: REPLACE
    path: "/spec/storageClassName"
    value: "balanced-storage"
- description: Change node type from n2-standard-4 to n4-standard-4
  resourceFilter:
    namespaces: ["namespace-a","namespace-b"]
    jsonPath: ".metadata[?(@.name == 'existing-mysql')]"
    groupKinds:
    - resourceGroup: apps
      resourceKind: Deployment
  fieldActions:
  - op: REPLACE
    path: "/spec/template/spec/affinity/nodeAffinity/preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution/0/preference/matchExpressions/0/values/0"
    value: "n4-standard-4"

PVC 轉換：將 storageClassName 變更為 balanced-storage (Hyperdisk)。
部署作業轉換：更新節點親和性，在 n4-standard-4 節點上排定 Pod。

使用下列轉換規則建立還原方案：

gcloud beta container backup-restore restore-plans create main-restore \
  --project=${PROJECT_ID} \
  --location=us-central1 \
  --backup-plan=projects/${PROJECT_ID}/locations/us-central1/backupPlans/main-plan \
  --cluster=projects/${PROJECT_ID}/locations/${ZONE}/clusters/${TARGET_CLUSTER_PREFIX}-cluster \
  --namespaced-resource-restore-mode=merge-replace-on-conflict \
  --all-namespaces \
  --cluster-resource-conflict-policy=use-existing-version  \
  --cluster-resource-scope-selected-group-kinds=cluster-resource-scope-all-group-kinds \
  --volume-data-restore-policy=restore-volume-data-from-backup \
  --transformation-rules-file=manifests/03-transformation-rule/volume.yaml

執行還原作業：

gcloud beta container backup-restore restores create first-restore \
   --project=${PROJECT_ID} \
   --location=us-central1 \
   --restore-plan=main-restore \
   --backup=projects/${PROJECT_ID}/locations/us-central1/backupPlans/main-plan/backups/first-backup

驗證遷移結果

確認應用程式在新叢集上執行，且資料完好無損。

檢查 Pod 是否正在執行：
```
kubectl get pods -A
```

連線至新叢集上的 MySQL 用戶端 Pod：

# Verify that the client Pod is running
kubectl apply -f manifests/02-mysql/mysql-client.yaml
kubectl wait pods mysql-client --for condition=Ready --timeout=300s
kubectl exec -it mysql-client -- bash

在 namespace-a 中驗證還原的 Sakila 資料庫：

mysql -u root -h mysql-a.namespace-a -p
# Password: migration

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

在 namespace-b 中驗證還原的 World 資料庫：

mysql -u root -h mysql-b.namespace-b -p
# Password: migration

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

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 帳戶收取費用，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 GKE 叢集：

gcloud container clusters delete ${KUBERNETES_CLUSTER_PREFIX}-cluster --location ${ZONE} --quiet
gcloud container clusters delete ${TARGET_CLUSTER_PREFIX}-cluster --location ${ZONE} --quiet

刪除備份和還原方案：

# Delete the restore plan
gcloud beta container backup-restore restore-plans delete main-restore \
    --project=${PROJECT_ID} \
    --location=us-central1 \
    --quiet

# Delete the Backup
gcloud beta container backup-restore backups delete first-backup \
    --project=${PROJECT_ID} \
    --location=us-central1 \
    --backup-plan=main-plan \
    --quiet

# Delete the backup plan
gcloud beta container backup-restore backup-plans delete main-plan \
    --project=${PROJECT_ID} \
    --location=us-central1 \
    --quiet

後續步驟

進一步瞭解 GKE 備份。
請參閱 Hyperdisk 儲存空間集區。

使用 GKE 備份 將 MySQL 資料從 Persistent Disk 遷移至 Hyperdisk 透過集合功能整理內容 你可以依據偏好儲存及分類內容。

為何要遷移至 Hyperdisk？

為什麼要使用 GKE 備份？

部署架構

目標

費用

事前準備

檢查角色

授予角色

設定 Cloud Shell

設定環境

建立來源 GKE 叢集

部署 MySQL 並填入範例資料

備份 GKE 叢集

透過 Hyperdisk 轉換還原

驗證遷移結果

清除所用資源

後續步驟

使用 GKE 備份將 MySQL 資料從 Persistent Disk 遷移至 Hyperdisk