Kubernetes リースと分散リーダー選出

分散リーダー選出

分散システムでは、アプリケーションサービスは高可用性を確保するために複数のノード (またはインスタンス) を使用することが多いです。ただし、シナリオによっては、一部のデータまたはタスクを並行して操作できない場合があります。現時点では、これらの特別なタスクを実行する（または調整して決定する）には特定のノードが必要です。この特定のノードがリーダーであり、複数のノードの中からリーダーを選択するメカニズムは分散リーダー選出と呼ばれます。

最近では、多くの有名なプロジェクトでも分散リーダー選挙が使用されています。たとえば、

その他
カフカ
エラスティックサーチ
動物園の飼育員

一般的なアルゴリズムには次のものがあります。

Paxos: 複雑な原理と実装を備えた、よく知られた分散型コンセンサスアルゴリズムです (このアルゴリズムは基本的にコンセンサス理論の基礎です。かつて誰かがこう言いました。「世界にはコンセンサスプロトコルが 1 つだけあり、それが Paxos です。他のすべてのコンセンサスアルゴリズムは Paxos の退化したバージョンです」)。
Raft: 最も広く使用されている分散コンセンサスアルゴリズムの 1 つ。 Etcd は Raft を使用します。 Elasticsearch と Kafka も初期のアルゴリズムを放棄し、後のバージョンでは Raft に移行しました。
ZAB (Zookeeper Atomic Broadcast): Zookeeper が使用する一貫性プロトコル。リーダー選出メカニズムも含まれます。

Kubernetes リース

Kubernetes では、kube-scheduler や kube-controller-manager などのコアコンポーネントも分散リーダー選出を使用する必要があります。これは、常に 1 つのスケジューラだけがスケジュール決定を行い、同時に 1 つのコントロールマネージャーだけがリソースオブジェクトを処理するようにする必要があるためです。

ただし、コアコンポーネントに加えて、ユーザーアプリケーションサービスにも同様の分散リーダー選出要件がある場合があります。この一般的な要件を満たすために、Kubernetes は Lease と呼ばれる特別なリソースオブジェクトを提供します。

上の図に示すように、k8s におけるリーダー選出は、分散ロック (リース) を競うことで実現されます。ロックを取得したインスタンスがリーダーになります。リーダーは、その存続を確認するために、ロック（リース）を継続的に更新する必要があります。リーダーが電話を切るとロックが解除され、他の候補者が新しいリーダーになるために競争できるようになります。

リースの構造も非常にシンプルです。

 apiVersion: coordination.k8s.io/v1 kind: Lease metadata: # object spec: acquireTime: # 当前租约被获取的时间holderIdentity: # 当前租约持有者的身份信息leaseDurationSeconds: # 租约候选者需要等待才能强制获取它的持续时间leaseTransitions: # 租约换了多少次持有者renewTime: # 当前租约持有者最后一次更新租约的时间

リースは本質的に他のリソースと変わりません。 Lease に加えて、configmap またはエンドポイントを分散ロックとして使用することもできます。これは、最下層で、k8s がリソースオブジェクトの resourceVersion フィールドを使用して比較とスワップを実行するため、つまり、このフィールドを通じて楽観的ロックが実装されるためです。もちろん、実際の使用ではリースを使用することをお勧めします。

使用例

分散リーダー選出に Lease を使用する例は次のとおりです。

 import ( "context" "time" "k8s.io/client-go/kubernetes" "k8s.io/client-go/rest" "k8s.io/client-go/tools/leaderelection" "k8s.io/client-go/tools/leaderelection/resourcelock" ) func main() { config, err := rest.InClusterConfig() if err != nil { panic(err.Error()) } clientset, err := kubernetes.NewForConfig(config) if err != nil { panic(err.Error()) } // 配置Lease 参数leaseLock := &resourcelock.LeaseLock{ LeaseMeta: metav1.ObjectMeta{ Name: "my-lease", Namespace: "default", }, Client: clientset.CoordinationV1(), LockConfig: resourcelock.ResourceLockConfig{ Identity: "my-identity", }, } // 配置Leader Election leaderElectionConfig := leaderelection.LeaderElectionConfig{ Lock: leaseLock, LeaseDuration: 15 * time.Second, RenewDeadline: 10 * time.Second, RetryPeriod: 2 * time.Second, Callbacks: leaderelection.LeaderCallbacks{ OnStartedLeading: func(ctx context.Context) { // 当前实例成为Leader // 在这里执行Leader 专属的逻辑}, OnStoppedLeading: func() { // 当前实例失去Leader 地位// 可以在这里执行清理工作}, OnNewLeader: func(identity string) { // 有新的Leader 产生} }, } leaderElector, err := leaderelection.NewLeaderElector(leaderElectionConfig) if err != nil { panic(err.Error()) } // 开始Leader Election ctx := context.Background() leaderElector.Run(ctx) }

参考文献: