En la guía, se muestra cómo implementar Redis Enterprise en clústeres de Google Kubernetes Engine (GKE).
Redis es una base de datos NoSQL en la memoria de código abierto que se usa principalmente para el almacenamiento en caché. Tiene replicación integrada, secuencias de comandos de Lua, expulsión de LRU, transacciones, persistencia en el disco y alta disponibilidad.
Redis Enterprise es una solución de nivel empresarial que extiende el código abierto de Redis con administración simplificada, lo que incluye la distribución de datos con replicación geográfica, el escalamiento lineal de la capacidad de procesamiento de las operaciones, los niveles de datos, las funciones de seguridad avanzadas y mucho más.
Redis Enterprise tiene precios diferentes para cada opción de implementación, incluidos los siguientes: Software, Cloud o Nube híbrida y múltiple.
Esta guía está dirigida a administradores de plataformas, arquitectos de nube y profesionales de operaciones interesados en implementar Redis Enterprise en Google Kubernetes Engine (GKE).
Objetivos
- Planificar y, además, implementar la infraestructura de GKE para Redis
- Implementar el operador de Redis Enterprise
- Implementar Redis Enterprise Cluster
- Crear una base de datos de Redis Enterprise
- Demostrar la autenticación de bases de datos
Ventajas
Redis Enterprise ofrece los siguientes beneficios:
- Una forma nativa de Kubernetes de administrar el ciclo de vida de Redis Enterprise Cluster (REC) y las bases de datos de Redis Enterprise (REDB)
- Uso de recursos a través de la ubicación conjunta de varias bases de datos de Redis dentro de un solo Pod de Kubernetes
- Reducción de la sobrecarga operativa a través del control de las tareas de mantenimiento de rutina, como la aplicación de parches y las actualizaciones
- Compatibilidad con imágenes de software de Redis de registros de contenedores privados, como Artifact Registry, para mejorar la seguridad y la disponibilidad de los contenedores
- Asistencia para Google Cloud Managed Service para Prometheus para la supervisión y la observabilidad de la base de datos
- Funciones de seguridad mejoradas, como la encriptación, los controles de acceso y la integración con el RBAC (control de acceso basado en roles) de Kubernetes
- Métodos de autenticación avanzada, lo que incluye LDAP y administradores de credenciales de terceros como Vault
- Capacidad de configurar copias de seguridad programadas
Arquitectura de implementación
Redis Enterprise administra los siguientes recursos de Kubernetes:
- El clúster de Enterprise y su configuración en un StatefulSet. El clúster consta de nodos de Redis (Pods) con paquetes de Redis instalados. Estos nodos tienen procesos en ejecución para garantizar que el nodo sea parte de un clúster. Cada nodo proporciona un contenedor para ejecutar varias instancias de base de datos (fragmentos). Aunque las prácticas recomendadas de Kubernetes indican que un Pod debe representar una aplicación con un contenedor, Redis Enterprise implementa varias bases de datos de Redis en un solo contenedor. Este enfoque proporciona un mejor uso de los recursos, rendimiento y capacidad de procesamiento de red. Cada contenedor también tiene un proxy de latencia cero para enrutar y administrar el tráfico a procesos específicos de bases de datos de Redis dentro de un contenedor.
- El recurso personalizado
RedisEnterpriseDatabase
(REDB) que representa las instancias de bases de datos de Redis creadas dentro de REC - Los objetos Service de Kubernetes que entregan instancias de REDB como extremos de base de datos
- Un Pod del controlador llamado Service Rigger que crea y borra extremos de base de datos cuando se crea o borra una base de datos
En este instructivo, crearás una implementación de uno a varios a través de la implementación de un REC en un espacio de nombres dedicado y el uso de espacios de nombres separados para implementaciones de aplicaciones para obtener un mejor aislamiento.
En el siguiente diagrama, se describen los componentes de Redis Enterprise y cómo se interconectan:
En este instructivo, configurarás Redis Enterprise Cluster para que tenga alta disponibilidad. Para ello, REC requiere una cantidad impar de nodos y un mínimo de tres nodos. También configurarás reglas de afinidad, antiafinidad y taints de nodo que garanticen que cada nodo de Redis se coloque en un nodo de Kubernetes diferente y que los nodos de Redis se distribuyan de manera uniforme en el clúster de Kubernetes.
El uso de múltiples nodos y zonas es fundamental para lograr un clúster de GKE con alta disponibilidad por los siguientes motivos:
- Tolerancia a errores: varios nodos distribuyen la carga de trabajo en el clúster y garantizan que, si un nodo falla, los otros puedan tomar el control de las tareas, lo que evita el tiempo de inactividad y las interrupciones del servicio.
- Escalabilidad: tener varios nodos permite el escalamiento horizontal, ya que se agregan o quitan nodos según sea necesario, lo que garantiza una asignación de recursos óptima y adapta el aumento del tráfico o las demandas de carga de trabajo.
- Alta disponibilidad: usar varias zonas dentro de una región garantiza la redundancia y minimiza el riesgo de un punto único de fallo. Si una zona de disponibilidad completa experimenta una interrupción, el clúster puede seguir ejecutándose en otras zonas y mantener la disponibilidad del servicio.
- Redundancia geográfica: cuando se cubren los nodos en todas las regiones, los datos y los servicios del clúster se distribuyen geográficamente, lo que proporciona resiliencia ante desastres naturales, interrupciones de energía y otras interrupciones locales que podrían afectar a una sola zona.
- Actualizaciones y mantenimiento progresivos: cuando usas varios nodos, puedes realizar actualizaciones y mantenimiento progresivas en nodos individuales sin afectar la disponibilidad general del clúster. Esto garantiza un servicio continuo, al tiempo que te permite realizar las actualizaciones necesarias y aplicar parches sin problemas.
- Acuerdos de Nivel de Servicio (ANS): Google Cloud proporciona ANS para implementaciones multizona, lo que garantiza un nivel mínimo de tiempo de actividad y disponibilidad.
Costos
En este documento, usarás los siguientes componentes facturables de Google Cloud:
Para generar una estimación de costos en función del uso previsto, usa la calculadora de precios.
Cuando finalices las tareas que se describen en este documento, puedes borrar los recursos que creaste para evitar que continúe la facturación. Para obtener más información, consulta Cómo realizar una limpieza.
Antes de comenzar
- Sign in to your Google Cloud account. If you're new to Google Cloud, create an account to evaluate how our products perform in real-world scenarios. New customers also get $300 in free credits to run, test, and deploy workloads.
- Install the Google Cloud CLI.
-
To initialize the gcloud CLI, run the following command:
gcloud init
-
Create or select a Google Cloud project.
-
Create a Google Cloud project:
gcloud projects create PROJECT_ID
Replace
PROJECT_ID
with a name for the Google Cloud project you are creating. -
Select the Google Cloud project that you created:
gcloud config set project PROJECT_ID
Replace
PROJECT_ID
with your Google Cloud project name.
-
-
Make sure that billing is enabled for your Google Cloud project.
-
Enable the Compute Engine, IAM, GKE, and Resource Manager APIs:
gcloud services enable compute.googleapis.com
iam.googleapis.com container.googleapis.com cloudresourcemanager.googleapis.com - Install the Google Cloud CLI.
-
To initialize the gcloud CLI, run the following command:
gcloud init
-
Create or select a Google Cloud project.
-
Create a Google Cloud project:
gcloud projects create PROJECT_ID
Replace
PROJECT_ID
with a name for the Google Cloud project you are creating. -
Select the Google Cloud project that you created:
gcloud config set project PROJECT_ID
Replace
PROJECT_ID
with your Google Cloud project name.
-
-
Make sure that billing is enabled for your Google Cloud project.
-
Enable the Compute Engine, IAM, GKE, and Resource Manager APIs:
gcloud services enable compute.googleapis.com
iam.googleapis.com container.googleapis.com cloudresourcemanager.googleapis.com -
Grant roles to your user account. Run the following command once for each of the following IAM roles:
roles/compute.securityAdmin, roles/compute.viewer, roles/container.clusterAdmin, roles/container.admin, roles/iam.serviceAccountAdmin, roles/iam.serviceAccountUser
gcloud projects add-iam-policy-binding PROJECT_ID --member="USER_IDENTIFIER" --role=ROLE
- Replace
PROJECT_ID
with your project ID. -
Replace
USER_IDENTIFIER
with the identifier for your user account. For example,user:myemail@example.com
. - Replace
ROLE
with each individual role.
- Replace
Configura tu entorno
En este instructivo, usarás Cloud Shell para administrar recursos alojados en Google Cloud. Cloud Shell tiene preinstalado el software que necesitas
para este instructivo, lo que incluye
kubectl
,
gcloud CLI y Terraform.
Para configurar tu entorno con Cloud Shell, sigue estos pasos:
Para iniciar una sesión de Cloud Shell desde la consola de Google Cloud, haz clic en Activar Cloud Shell en la consola de Google Cloud. Esto inicia una sesión en el panel inferior de la consola de Google Cloud.
Establece las variables de entorno:
export PROJECT_ID=PROJECT_ID export KUBERNETES_CLUSTER_PREFIX=redis export REGION=us-central1
Reemplaza
PROJECT_ID
por tu Google Cloud con el ID del proyecto.Clona el repositorio de GitHub:
git clone https://github.com/GoogleCloudPlatform/kubernetes-engine-samples
Cambia al directorio de trabajo:
cd kubernetes-engine-samples/databases/redis-enterprise-operator
Crea la infraestructura del clúster
En esta sección, ejecutarás una secuencia de comandos de Terraform para crear un clúster de GKE regional, con alta disponibilidad y privado, y una VPC.
En el siguiente diagrama, se muestra un clúster de GKE estándar regional privado implementado en tres zonas diferentes:
Para implementar esta infraestructura, ejecuta los siguientes comandos desde Cloud Shell:
cd terraform/gke-standard
export GOOGLE_OAUTH_ACCESS_TOKEN=$(gcloud auth print-access-token)
terraform init
terraform apply -var project_id=${PROJECT_ID} \
-var region=${REGION} \
-var cluster_prefix=${KUBERNETES_CLUSTER_PREFIX}
Cuando se te solicite, escribe yes
. Es posible que este comando tarde varios minutos en completarse y que el clúster muestre un estado de preparación.
Terraform crea los siguientes recursos:
- Una red de VPC y una subred privada para los nodos de Kubernetes
- Un router para acceder a Internet a través de NAT
- Un clúster de GKE privado en la región
us-central1
- Un grupo de nodos con ajuste de escala automático habilitado (de uno a dos nodos por zona y un nodo por zona como mínimo)
El resultado es similar al siguiente:
...
Apply complete! Resources: 14 added, 0 changed, 0 destroyed.
...
Conéctate al clúster
Usantod Cloud Shell, configura kubectl
para que se comunique con el clúster:
gcloud container clusters get-credentials ${KUBERNETES_CLUSTER_PREFIX}-cluster --region ${REGION}
Implementa el operador de Redis Enterprise en tu clúster
En esta sección, debes implementar el operador de Redis Enterprise en tu clúster de Kubernetes.
Crea espacios de nombres para REC y sus aplicaciones:
kubectl create namespace rec-ns kubectl create namespace application
Etiqueta los espacios de nombres:
kubectl label namespace rec-ns connection=redis kubectl label namespace application connection=redis
Obtén la versión más reciente del paquete de Redis Enterprise Operator:
VERSION=`curl --silent https://api.github.com/repos/RedisLabs/redis-enterprise-k8s-docs/releases/latest | grep tag_name | awk -F'"' '{print $4}'`
Instala el operador de Redis Enterprise:
kubectl apply -n rec-ns -f https://raw.githubusercontent.com/RedisLabs/redis-enterprise-k8s-docs/$VERSION/bundle.yaml
El resultado es similar al siguiente:
role.rbac.authorization.k8s.io/redis-enterprise-operator created rolebinding.rbac.authorization.k8s.io/redis-enterprise-operator created serviceaccount/redis-enterprise-operator created service/admission created customresourcedefinition.apiextensions.k8s.io/redisenterpriseclusters.app.redislabs.com created customresourcedefinition.apiextensions.k8s.io/redisenterprisedatabases.app.redislabs.com created customresourcedefinition.apiextensions.k8s.io/redisenterpriseremoteclusters.app.redislabs.com created customresourcedefinition.apiextensions.k8s.io/redisenterpriseactiveactivedatabases.app.redislabs.com created deployment.apps/redis-enterprise-operator created
Implementa Redis Enterprise Cluster
Aplica el manifiesto al clúster:
kubectl apply -n rec-ns -f manifests/01-basic-cluster/rec.yaml
El comando puede tardar varios minutos en completarse.
Verifica el estado de la implementación de REC:
kubectl get rec -n rec-ns
El resultado es similar al siguiente:
NAME NODES VERSION STATE SPEC STATUS LICENSE STATE SHARDS LIMIT LICENSE EXPIRATION DATE AGE gke-rec 3 7.2.4-52 Running Valid Valid 4 2023-09-29T20:15:32Z 4m7s
El clúster está listo cuando
STATE
está enRUNNING
.
Opcional: Configura el controlador de admisión
De forma opcional, puedes configurar la infraestructura para la validación de la base de datos en la implementación.
Configura el controlador de admisión y verifica si el Secret de tls de admisión está presente:
kubectl get secret admission-tls -n rec-ns
Obtén el certificado:
export CERT=$(kubectl get secret admission-tls -n rec-ns -o jsonpath='{.data.cert}')
Copia el certificado en el archivo
webhook.yaml
:sed -i -e 's/CRT/'$CERT'/g' manifests/01-basic-cluster/webhook.yaml
Implementa el webhook de validación:
sed -i -e 's/CRT/'$CERT'/g' manifests/01-basic-cluster/webhook.yaml
El controlador de admisión valida la sintaxis de la base de datos en los espacios de nombres etiquetados.
Crea una base de datos no funcional para verificar el controlador de admisión:
kubectl apply -n rec-ns -f - << EOF apiVersion: app.redislabs.com/v1alpha1 kind: RedisEnterpriseDatabase metadata: name: redis-enterprise-database spec: evictionPolicy: illegal EOF
El resultado es similar al siguiente:
Error from server: error when creating "STDIN": admission webhook "redisenterprise.admission.redislabs" denied the request: 'illegal' is an invalid value for 'eviction_policy'. Possible values are ['volatile-lru', 'volatile-ttl', 'volatile-random', 'allkeys-lru', 'allkeys-random', 'noeviction', 'volatile-lfu', 'allkeys-lfu']
Crea espacios de nombres
De forma predeterminada, Redis Enterprise Operator no tiene privilegios para realizar acciones fuera de su propio espacio de nombres. Para permitir que Redis Enterprise Operator cree extremos de REDB y base de datos en otros espacios de nombres, debes configurar RBAC.
Aplica el rol y la vinculación de rol correspondientes en el espacio de nombres de la aplicación:
kubectl apply -f manifests/01-basic-cluster/role.yaml -n application kubectl apply -f manifests/01-basic-cluster/role-binding.yaml -n application
Crea un rol de clúster y una vinculación de rol de clúster en el espacio de nombres
rec-ns
:kubectl apply -n rec-ns -f manifests/01-basic-cluster/cluster_role.yaml kubectl apply -n rec-ns -f manifests/01-basic-cluster/cluster_role_binding.yaml
Edita el ConfigMap de REC para agregar control sobre el espacio de nombres de la aplicación:
kubectl patch ConfigMap/operator-environment-config --type merge -p '{"data": {"REDB_NAMESPACES_LABEL": "connection=redis"}}' -n rec-ns
Cada espacio de nombres etiquetado como ConfigMap tiene un parche.
Verifica el estado de los recursos en tu infraestructura de Redis en el espacio de nombres
rec-ns
.kubectl get pod,deploy,svc,rec,statefulset,cm,secrets -n rec-ns
El resultado es similar al siguiente:
NAME READY STATUS RESTARTS AGE pod/gke-rec-0 2/2 Running 0 172m pod/gke-rec-1 2/2 Running 0 171m pod/gke-rec-2 2/2 Running 0 168m pod/gke-rec-services-rigger-5f885f59dc-gc79g 1/1 Running 0 172m pod/redis-enterprise-operator-6668ccd8dc-kx29z 2/2 Running 2 (5m58s ago) 5h NAME READY UP-TO-DATE AVAILABLE AGE deployment.apps/gke-rec-services-rigger 1/1 1 1 172m deployment.apps/redis-enterprise-operator 1/1 1 1 5h NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE service/admission ClusterIP 10.52.11.13 <none> 443/TCP 5h service/gke-rec ClusterIP 10.52.5.44 <none> 9443/TCP,8001/TCP 172m service/gke-rec-prom ClusterIP None <none> 8070/TCP 172m service/gke-rec-ui ClusterIP 10.52.3.29 <none> 8443/TCP 172m NAME NODES VERSION STATE SPEC STATUS LICENSE STATE SHARDS LIMIT LICENSE EXPIRATION DATE AGE redisenterprisecluster.app.redislabs.com/gke-rec 3 7.2.4-52 Running Valid Valid 4 2023-10-05T11:07:20Z 172m NAME READY AGE statefulset.apps/gke-rec 3/3 172m NAME DATA AGE configmap/gke-rec-bulletin-board 1 172m configmap/gke-rec-health-check 5 172m configmap/kube-root-ca.crt 1 5h2m configmap/operator-environment-config 1 5h NAME TYPE DATA AGE secret/admission-tls Opaque 2 5h secret/gke-rec Opaque 2 172m
Implementa bases de datos de Redis Enterprise
Crea bases de datos de Redis Enterprise en los espacios de nombres de la aplicación:
kubectl apply -f manifests/01-basic-cluster/a-rdb.yaml -n application
Verifica el estado de REDB:
kubectl get redb --all-namespaces
El resultado es similar al siguiente:
NAMESPACE NAME VERSION PORT CLUSTER SHARDS STATUS SPEC STATUS AGE application app-db 7.2.0 12999 gke-rec 1 active Valid 15s
Verifica que los objetos Service para cada REDB estén en ejecución:
kubectl get svc --all-namespaces
El resultado es similar al siguiente:
NAMESPACE NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE application app-db ExternalName <none> redis-12999.rec-ns.svc.cluster.local 12999/TCP 72m
Verifica que el Secret se haya creado:
kubectl get secrets -n application
El resultado es similar al siguiente:
NAME TYPE DATA AGE redb-app-db Opaque 3 96m
Autentica a través de contraseñas
Puedes conectarte a REDB a través de un Pod con redis-cli
en el espacio de nombres
de la aplicación. El Pod del cliente usa los objetos Secret disponibles en el espacio de nombres
de la aplicación (REDB) para establecer una conexión.
Las bases de datos creadas con el REDB de recurso personalizado solo admiten la autenticación de contraseña sin LCA.
Crea el Pod del cliente:
kubectl apply -n application -f manifests/03-auth/client_pod.yaml
Conéctate al Pod cliente:
kubectl exec -n application -i -t redis-client -c redis-client -- /bin/sh
Conéctate a la base de datos:
redis-cli -h $SERVICE -p $PORT --pass $PASS
Crea una clave:
SET mykey "Hello World"
El resultado es similar al siguiente:
OK
Obtén la clave:
GET mykey
El resultado es similar al siguiente:
"Hello World"
Sal de la shell del Pod
exit
Comprende cómo Prometheus recopila métricas para tu clúster de Redis
En el siguiente diagrama, se muestra cómo funciona la recopilación de métricas de Prometheus:
En el diagrama, un clúster privado de GKE contiene lo siguiente:
- Un Pod de Redis que recopila métricas en la ruta de acceso
/
y el puerto8070
- Recopiladores basados en Prometheus que procesan las métricas del Pod de Redis
- Un recurso
PodMonitoring
que envía métricas a Cloud Monitoring
El operador de Redis Enterprise expone las métricas del clúster en formato de Prometheus.
Crea la implementación del proxy de métricas:
kubectl apply -n rec-ns -f manifests/02-prometheus-metrics/metrics-proxy.yaml
Debido a que el operador solo proporciona un extremo HTTPS con el certificado autofirmado y el recurso
PodMonitoring
no admite la inhabilitación de la verificación de certificados TLS, debes usar el Podmetrics-proxy
como un proxy inverso para que este extremo exponga las métricas en el puerto HTTP.Crea el recurso PodMonitoring para extraer métricas por
labelSelector
:kubectl apply -n rec-ns -f manifests/02-prometheus-metrics/pod-monitoring.yaml
En la consola de Google Cloud, ve a la página Panel de clústeres de GKE.
Ir al Panel de clústeres de GKE
En el panel, se muestra una tasa de transferencia de métricas distinta de cero.
Crea un panel
Para ver las métricas, crea un panel.
Crea el panel:
gcloud --project "${PROJECT_ID}" monitoring dashboards create --config-from-file monitoring/dashboard.json
El resultado es similar al siguiente:
Created [f4efbe4e-2605-46b4-9910-54b13d29b3be].
En la consola de Google Cloud, ve a la página Paneles.
Abre el panel de Redis Enterprise Cluster. El panel puede tardar varios minutos en aprovisionarse de forma automática.
Verifica las métricas exportadas
Para verificar las métricas, crea una base de datos nueva y examina las métricas.
Abre el panel de Redis Enterprise Cluster.
Crea una base de datos adicional de Redis:
kubectl apply -n rec-ns -f manifests/02-prometheus-metrics/c-rdb.yaml
El recuento de bases de datos en el panel debería actualizarse.
Crea un Pod de cliente para conectarte a la base de datos nueva:
kubectl apply -n rec-ns -f manifests/02-prometheus-metrics/client_pod.yaml
Conéctate al Pod de cliente y prepara las variables:
kubectl exec -it redis-client-c -n rec-ns -- /bin/bash
Usa la herramienta de
redis-cli
para crear claves nuevas:for i in {1..50}; do \ redis-cli -h $SERVICE -p $PORT -a $PASS \ --no-auth-warning SET mykey-$i "myvalue-$i"; \ done
Actualiza la página y observa que los gráficos se actualizaron para mostrar el estado real de la base de datos.
Sal de la shell del Pod
exit
Realiza una limpieza
Borra el proyecto
Delete a Google Cloud project:
gcloud projects delete PROJECT_ID
Borra los recursos individuales
Configurar variables de entorno
export PROJECT_ID=${PROJECT_ID} export KUBERNETES_CLUSTER_PREFIX=redis export REGION=us-central1
Ejecuta el comando
terraform destroy
:export GOOGLE_OAUTH_ACCESS_TOKEN=$(gcloud auth print-access-token) cd terraform/gke-standard terraform destroy -var project_id=${PROJECT_ID} \ -var region=${REGION} \ -var cluster_prefix=${KUBERNETES_CLUSTER_PREFIX}
Cuando se te solicite, escribe
yes
.Busca todos los discos no conectados:
export disk_list=$(gcloud compute disks list --filter="-users:* AND labels.name=${KUBERNETES_CLUSTER_PREFIX}-cluster" --format "value[separator=|](name,zone)")
Borra los discos:
for i in $disk_list; do disk_name=$(echo $i| cut -d'|' -f1) disk_zone=$(echo $i| cut -d'|' -f2|sed 's|.*/||') echo "Deleting $disk_name" gcloud compute disks delete $disk_name --zone $disk_zone --quiet done
Borra el repositorio de GitHub
rm -r ~/kubernetes-engine-samples/
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