Kubernetes 部署 MongoDB Replica Set 指南

本文介绍如何在 Kubernetes 集群中部署 MongoDB 4.4.13 分片副本集（Replica Set），使用 DaemonSet 确保每个指定节点运行一个 MongoDB 实例，通过 hostNetwork 直接暴露端口，并配置定时备份策略。

一、架构概述

该集群采用三节点副本集架构：

关键设计决策：

• DaemonSet 而非 StatefulSet — 每个节点精确运行一个 Pod，与节点绑定
• hostNetwork: true — 直接使用宿主机网络，免去 Service 端口转发开销
• hostAliases — 通过主机名解析实现副本集节点互相发现
• NodePort Service — 为外部客户端提供统一访问入口

二、部署配置文件

完整的 mongo.yaml 配置：

apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
  name: bjac-mongo

---

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  labels:
    app: mongo
  name: mongo-out
  namespace: bjac-mongo
spec:
  type: NodePort
  ports:
    - port: 30017
      targetPort: 30017
      protocol: TCP
      nodePort: 30018
  selector:
    app: mongo

---

apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:
  name: mongo
  namespace: bjac-mongo
  labels:
    app: mongo
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: mongo
  template:
    metadata:
      labels:
        app: mongo
    spec:
      nodeSelector:
        mongo-server: "true"
      hostNetwork: true
      volumes:
      - name: mongostorage
        hostPath:
          path: /home/mongo/data
      hostAliases:
      - ip: "<NODE_IP_1>"
        hostnames:
        - "mongoserver1"
      - ip: "<NODE_IP_2>"
        hostnames:
        - "mongoserver2"
      - ip: "<NODE_IP_3>"
        hostnames:
        - "mongoserver3"
      containers:
      - name: mongo
        image: mongo:4.4.13
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        command:
          - mongod
          - "--port"
          - "30017"
          - "--shardsvr"
          - "--replSet"
          - rs0
          - "--bind_ip"
          - 0.0.0.0
        ports:
        - containerPort: 30017
        volumeMounts:
        - name: mongostorage
          mountPath: /data/db/

配置要点说明

三、部署步骤

3.1 为节点打标签

查看现有节点标签：

kubectl get node --show-labels=true

为 MongoDB 服务器节点打标签：

kubectl label nodes <NODE_1> mongo-server=true
kubectl label nodes <NODE_2> mongo-server=true
kubectl label nodes <NODE_3> mongo-server=true

3.2 创建数据目录

在每个 MongoDB 节点上创建数据目录：

mkdir -p /home/mongo/data

3.3 执行部署

kubectl apply -f mongo.yaml

3.4 验证部署

# 查看 DaemonSet
kubectl get DaemonSet/mongo -n bjac-mongo -o wide

# 查看 Pod
kubectl get pod -n bjac-mongo -o wide

# 查看 Service
kubectl get svc/mongo-out -n bjac-mongo -o wide

3.5 DNS 解析测试

kubectl run -i --tty --image busybox:1.28.4 dns-test --restart=Never --rm /bin/sh

# 在容器内执行
nslookup mongo-out.bjac-mongo.svc.cluster.local

四、初始化副本集

部署完成后，需要手动初始化副本集。

4.1 进入 Pod

kubectl exec -it pod/<MONGO_POD_NAME> -n bjac-mongo -- bash
mongo --port=30017

4.2 执行初始化命令

在 MongoDB shell 中执行：

rs.initiate({
  _id: "rs0",
  version: 1,
  protocolVersion: 1,
  members: [
    { _id: 0, host: "mongoserver1:30017", priority: 10 },
    { _id: 1, host: "mongoserver2:30017", priority: 10 },
    { _id: 2, host: "mongoserver3:30017", priority: 10 }
  ]
})

说明：hostAliases 配置确保 Pod 内可以通过 mongoserver1/2/3 主机名互相解析。三个节点 priority 均为 10，MongoDB 会自动选举 PRIMARY。

4.3 查看副本集状态

rs.status()

输出应显示一个 PRIMARY 和两个 SECONDARY 节点。

4.4 客户端连接

外部客户端需要配置 hosts 解析：

<NODE_IP_1> mongoserver1
<NODE_IP_2> mongoserver2
<NODE_IP_3> mongoserver3

然后通过 NodePort 连接：

mongodb://mongoserver1:30017,mongoserver2:30017,mongoserver3:30017/?replicaSet=rs0

五、备份配置

MongoDB 备份采用 Docker Compose 部署独立的备份容器，通过 cron 定时执行 mongodump。

5.1 Docker Compose 配置

version: '3'

services:
  db:
    restart: always
    image: mongo:4.4.13
    hostname: mongo4413
    ports:
      - "8017:27017"
    volumes:
      - /home/docker/data/mongo/db:/data/db
      - /home/docker/data/mongo/backup:/backups/mongo
    command:
      - "mongod"
      - "--shardsvr"
      - "--port"
      - "27017"
      - "--replSet"
      - "rs1"

说明：此容器与 K8s 集群中的副本集是独立的，专门用于备份操作。它加入另一个副本集 rs1 作为 SECONDARY，从该节点读取数据进行备份。

5.2 备份脚本

backup-mongo.sh：

#!/bin/sh
DUMP=/usr/bin/mongodump
OUT_DIR=/backups/mongo/mongod_bak_now
TAR_DIR=/backups/mongo/mongod_bak_list
DATE=`date +%Y-%m-%d`
NOW=`date +%Y-%m-%d_%H-%M-%S`
DAYS=30
TAR_BAK="mongod_bak_$NOW.tar.gz"

cd $OUT_DIR
rm -rf $OUT_DIR/*
mkdir -p $OUT_DIR/$DATE

# 备份指定数据库
$DUMP -h <SECONDARY_IP>:30017 -d bac-ucenter -o $OUT_DIR/$DATE
$DUMP -h <SECONDARY_IP>:30017 -d bac-core-api -o $OUT_DIR/$DATE

# 压缩备份
tar -zcvf $TAR_DIR/$TAR_BAK $OUT_DIR/$DATE

# 删除 30 天前的备份
find $TAR_DIR/ -mtime +$DAYS -delete

exit

最佳实践：从 SECONDARY 节点执行 mongodump，避免影响 PRIMARY 的写入性能。

5.3 定时任务配置

crontab 文件：

32 */6 * * * root docker exec mongo-db-1 /backups/mongo/backup-mongo.sh 2>&1

每 6 小时的第 32 分钟执行一次备份。

5.4 部署备份环境

# 创建目录
mkdir -p /home/docker/compose/mongo \
  /home/docker/data/mongo/db \
  /home/docker/data/mongo/backup/mongod_bak_now \
  /home/docker/data/mongo/backup/mongod_bak_list

chmod 777 /home/docker/data/mongo

# 添加执行权限
chmod +x /home/docker/data/mongo/backup/backup-mongo.sh

# 安装 cron 配置
mv /home/docker/data/mongo/backup/crontab /etc/cron.d/backup-mongo

六、常用运维命令

七、注意事项

1. hostAliases 必须配置正确 — 副本集节点间通过主机名通信，hosts 解析错误会导致初始化失败
2. 从 SECONDARY 备份 — mongodump 应连接 SECONDARY 节点，避免影响 PRIMARY 性能
3. 数据目录权限 — 确保 /home/mongo/data 目录在宿主机上存在且可写
4. nodeSelector 标签 — 未打标签的节点不会部署 MongoDB Pod
5. 端口冲突 — hostNetwork: true 模式下，30017 端口直接绑定宿主机，确保端口未被占用
6. 备份保留策略 — 默认保留 30 天，可根据磁盘容量调整 DAYS 参数

附录：资源清单

资源类型            名称                数量
Namespace          bjac-mongo          1
Service            mongo-out (NodePort) 1
DaemonSet          mongo               3 Pod (按节点数)
hostPath Volume    /home/mongo/data    每节点 1