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Persistência de dados no Kubernetes com Clusters de Big Data do SQL Server

  • Artigo

Aplica-se a: SQL Server 2019 (15.x)

Importante

O complemento Clusters de Big Data do Microsoft SQL Server 2019 será desativado. O suporte para Clusters de Big Data do SQL Server 2019 será encerrado em 28 de fevereiro de 2025. Todos os usuários existentes do SQL Server 2019 com Software Assurance terão suporte total na plataforma e o software continuará a ser mantido por meio de atualizações cumulativas do SQL Server até esse momento. Para obter mais informações, confira a postagem no blog de anúncio e as opções de Big Data na plataforma do Microsoft SQL Server.

Os volumes persistentes fornecem um modelo de plug-in para armazenamento no Kubernetes. Nesse modelo, o modo como o armazenamento é fornecido é dissociado de como ele é consumido. Portanto, você pode colocar seu próprio armazenamento altamente disponível e conectá-lo ao cluster de Big Data do SQL Server. O Kubernetes suporta vários tipos de soluções de armazenamento, incluindo discos e arquivos do Azure, NFS (Network File System) e armazenamento local; clusters de Big Data só são suportados em configurações testadas. Veja mais informações sobre as configurações suportadas em Notas de versão da plataforma Clusters de Big Data do SQL Server 2019.

Importante

Se você estiver implantando o cluster de Big Data no Azure usando um dos serviços de Kubernetes gerenciado (AKS ou ARO), tenha em mente que há limitações que talvez precise acomodar, dependendo dos requisitos de carga de trabalho do aplicativo. Por exemplo, volumes que usam os discos gerenciados do Azure não são recursos com redundância de zona no momento. Não é possível anexar os volumes entre zonas e devem estar colocalizados na mesma zona que um determinado nó que hospeda o pod de destino. Nesse caso específico, talvez você queira usar soluções de alta disponibilidade adicionais que estão disponíveis com os Clusters de Big Data do SQL Server. Consulte aqui para obter mais detalhes sobre o serviço Kubernetes do Azure e as zonas de disponibilidade.

Configurar volumes persistentes

Um cluster de Big Data do SQL Server consume esses volumes persistentes usando classes de armazenamento. Você pode criar classes de armazenamento distintas para um tipo diferente de armazenamento e especificá-las no momento da implantação do cluster de Big Data. Você pode configurar a classe de armazenamento e o tamanho da declaração de volume persistente a serem usados para uma finalidade específica no nível do pool. Um cluster de Big Data do SQL Server cria declarações de volume persistente usando o nome de classe de armazenamento especificado para cada componente que requer volumes persistentes. Em seguida, ele monta o(s) volume(s) persistente(s) correspondente(s) no pod.

Estes são alguns aspectos importantes a serem considerados quando você estiver planejando a configuração de armazenamento para seu cluster de Big Data:

  • Para uma implantação de cluster de Big Data bem-sucedida, verifique se você tem o número necessário de volumes persistentes disponíveis. Se você estiver realizando a implantação em um cluster do AKS (Azure Kubernetes Service) e estiver usando uma classe de armazenamento interna (default ou managed-premium), ela dará suporte ao provisionamento dinâmico para os volumes persistentes. Portanto, você não precisa pré-criar os volumes persistentes, mas deve garantir que os nós de trabalho disponíveis no cluster do AKS possam anexar tantos discos quanto o número de volumes persistentes que são necessários para a implantação. Dependendo do tamanho da VM especificado para os nós de trabalho, cada nó pode anexar determinado número de discos. Para um cluster de tamanho padrão (sem alta disponibilidade), são necessários, no mínimo, 24 discos. Se você estiver habilitando a alta disponibilidade ou expandindo qualquer pool, verifique se você tem, no mínimo, dois volumes persistentes por cada réplica adicional, independentemente do recurso que você está expandindo.

  • Se o provisionador de armazenamento para a classe de armazenamento que você está fornecendo na configuração não der suporte ao provisionamento dinâmico, você precisará pré-criar os volumes persistentes. Por exemplo, o provisionador local-storage não habilita o provisionamento dinâmico. Confira este script de exemplo para obter diretrizes sobre como proceder em um cluster do Kubernetes implantado com kubeadm.

  • Ao implantar um cluster de Big Data, você pode configurar a mesma classe de armazenamento para ser usada por todos os componentes no cluster. Mas, como uma melhor prática para uma implantação de produção, vários componentes exigirão configurações de armazenamento diferentes para acomodar várias cargas de trabalho em termos de tamanho ou taxa de transferência. Substitua a configuração de armazenamento padrão especificada no controlador para cada um dos pools de armazenamento, conjuntos de dados e instâncias mestres do SQL Server. Este artigo fornece exemplos de como fazer isso.

  • Ao calcular os requisitos de dimensionamento do pool de armazenamento, considere o fator de replicação com o qual o HDFS está configurado. O fator de replicação é configurável no momento da implantação no arquivo de configuração da implantação do cluster. O valor padrão para os perfis de desenvolvimento/teste (ou seja, aks-dev-test ou kubeadm-dev-test) é dois e, para os perfis que recomendamos para implantações de produção (ou seja, kubeadm-prod) é três. Como melhor prática, recomendamos que você configure sua implantação de produção do cluster de Big Data com um fator de replicação para o HDFS de pelo menos três. O valor do fator de replicação afetará o número de instâncias no pool de armazenamento: no mínimo, você precisa implantar um número de instâncias do pool de armazenamento equivalente ao valor do fator de replicação. Além disso, você precisa dimensionar o armazenamento adequadamente e levar em conta os dados sendo replicados no HDFS tantas vezes quanto for o valor do fator de replicação. Encontre mais informações sobre a replicação de dados no HDFS aqui.

  • A partir da versão SQL Server 2019 CU1, o BDC não habilita a experiência de atualização da configuração de armazenamento pós-implantação. Essa restrição evita que você use operações do BDC para modificar o tamanho da declaração de volume persistente para cada instância ou dimensionar qualquer pool pós-implantação. Portanto, é muito importante planejar o layout de armazenamento antes de implantar um cluster de Big Data. No entanto, você pode expandir o tamanho do volume persistente usando APIs do Kubernetes diretamente. Nesse caso, os metadados do BDC não serão atualizados, e você verá inconsistências em relação aos tamanhos de volume nos metadados do cluster de configuração.

  • Ao implantar no Kubernetes como aplicativos em contêineres e usar recursos como conjuntos com estado e armazenamento persistente, o Kubernetes garante que os pods sejam reiniciados em caso de problemas de integridade e anexados ao mesmo armazenamento persistente. Mas caso haja uma falha de nó e um pod precise ser reiniciado em outro nó, haverá um risco maior de não disponibilidade se o armazenamento for local para o nó com falha. Para reduzir esse risco, é necessário configurar a redundância adicional e habilitar recursos de alta disponibilidade ou usar o armazenamento com redundância remota. Veja abaixo uma visão geral das opções de armazenamento para vários componentes nos Clusters de Big Data:

Recursos Tipo de armazenamento para dados Tipo de armazenamento para log Observações
Instância mestra do SQL Server Local (réplicas>=3) ou armazenamento redundante remoto (réplica=1) Armazenamento local Implementação baseada em conjunto com estado na qual os pods que ficam com os nós garantirão que as reinicializações e as falhas transitórias não causem perda de dados.
Pool de computação Armazenamento local Armazenamento local Nenhum dado de usuário armazenado.
Pool de dados Armazenamento local/com redundância remota Armazenamento local Use o armazenamento com redundância remota se o pool de dados não puder ser recriado com base em outras fontes de dados.
Pool de armazenamento (HDFS) Armazenamento local/com redundância remota Armazenamento local A replicação HDFS está habilitada.
Pool do Spark Armazenamento local Armazenamento local Nenhum dado de usuário armazenado.
Controle (controldb, metricsdb, logsdb) Armazenamento com redundância remota Armazenamento local É crítico o uso da redundância no nível de armazenamento para metadados do cluster de Big Data.

Importante

Garanta que os componentes relacionados ao controle estejam em um dispositivo de armazenamento com redundância remota. Um pod controldb-0 hospeda uma instância do SQL Server com bancos de dados que armazenam todos os metadados relacionados aos estados do serviço de cluster, várias configurações e outras informações relevantes. Se essa instância ficar não disponível, ela causará problemas de integridade com outros serviços dependentes no cluster.

Definir configurações de armazenamento de cluster de Big Data

Como em outras personalizações, você pode especificar configurações de armazenamento nos arquivos de configuração do cluster no momento da implantação para cada pool no arquivo de configuração bdc.json e para os serviços de controle no arquivo control.json. Se não houver definições de configuração de armazenamento nas especificações do pool, as configurações de armazenamento do controle serão usadas para todos os outros componentes, incluindo mestre do SQL Server (recurso master), HDFS (recurso storage-0) e componentes de pool de dados. O seguinte exemplo de código representa a seção de configuração de armazenamento que você pode incluir na especificação:

    "storage": 
    {
      "data": {
        "className": "default",
        "accessMode": "ReadWriteOnce",
        "size": "15Gi"
      },
      "logs": {
        "className": "default",
        "accessMode": "ReadWriteOnce",
        "size": "10Gi"
    }

A implantação do cluster de Big Data usa o armazenamento persistente para armazenar dados, metadados e logs para vários componentes. Você pode personalizar o tamanho das declarações de volume persistente criadas como parte da implantação. Como melhor prática, recomendamos usar classes de armazenamento com uma política de recuperação de Retenção.

Aviso

A execução sem armazenamento persistente pode funcionar em um ambiente de teste, mas pode resultar em um cluster não funcional. Quando um pod é reinicializado, os metadados do cluster e/ou os dados do usuário são perdidos permanentemente. Não recomendamos a execução nessa configuração.

A seção Configurar armazenamento fornece mais exemplos de como definir configurações de armazenamento para sua implantação de cluster de Big Data do SQL Server.

Classes de armazenamento do AKS

O AKS é fornecido com duas classes de armazenamento internas, default e managed-premium, juntamente com um provisionador dinâmico para elas. Você pode especificar qualquer uma delas ou criar uma classe de armazenamento própria para implantar o cluster de Big Data com o armazenamento persistente habilitado. Por padrão, o arquivo de configuração do cluster interno para o AKS, aks-dev-test, é fornecido com as configurações de armazenamento persistente para usar a classe de armazenamento default.

Aviso

Os volumes persistentes criados com as classes de armazenamento internas default e managed-premium têm uma política de recuperação de Exclusão. Portanto, quando você exclui o cluster de Big Data do SQL Server, as declarações de volume persistente são excluídas, assim como os volumes persistentes. Você pode criar classes de armazenamento personalizadas usando o provisionador azure-disk com uma política de recuperação Retain, conforme descrito em conceitos de armazenamento.

Classes de armazenamento para clusters kubeadm

Os clusters do Kubernetes que são implantados usando kubeadm não têm uma classe de armazenamento interna. Você precisa criar classes de armazenamento e volumes persistentes usando o armazenamento local ou seu provisionador de armazenamento preferido. Nessa situação, você define a className como a classe de armazenamento configurada.

Importante

Nos arquivos de configuração de implantação internos para kubeadm (kubeadm-dev-test e kubeadm-prod), não há nenhum nome de classe de armazenamento especificado para armazenamento de dados e de log. Antes da implantação, você precisa personalizar o arquivo de configuração e definir o valor de className. Caso contrário, as validações de pré-implantação falharão. A implantação também tem uma etapa de validação que verifica a existência da classe de armazenamento, mas não os volumes persistentes necessários. Certifique-se de criar volumes suficientes dependendo da escala do cluster. Para o tamanho mínimo de cluster padrão (escala padrão, sem alta disponibilidade), é necessário criar, pelo menos, 24 volumes persistentes. Para obter um exemplo de como criar volumes persistentes usando um provisionamento local, confira Criar um cluster do Kubernetes usando o Kubeadm.

Personalizar as configurações de armazenamento para cada pool

Para todas as personalizações, você deve primeiro criar uma cópia do arquivo de configuração interno que deseja usar. Por exemplo, o seguinte comando cria uma cópia dos arquivos de configuração de implantação aks-dev-test em um subdiretório chamado custom:

azdata bdc config init --source aks-dev-test --target custom

Esse processo cria dois arquivos, bdc.json e control.json, que você pode personalizar, editando-os manualmente ou usando o comando azdata bdc config. Você pode usar uma combinação de bibliotecas jsonpath e jsonpatch para fornecer maneiras de editar os arquivos de configuração.

Configurar o nome da classe de armazenamento e/ou o tamanho das declarações

Por padrão, o tamanho das declarações de volume persistente provisionadas para cada um dos pods provisionados no cluster é de 10 gigabytes (GB). É possível atualizar esse valor para acomodar as cargas de trabalho que você está executando em um arquivo de configuração personalizado antes da implantação do cluster.

No exemplo a seguir, o tamanho das declarações de volume persistente está atualizado para 32 GB no control.json. Se não for substituída no nível do pool, essa configuração será aplicada a todos os pools.

azdata bdc config replace --config-file custom/control.json --json-values "$.spec.storage.data.size=100Gi"

O seguinte exemplo mostra como modificar a classe de armazenamento para o arquivo control.json:

azdata bdc config replace --config-file custom/control.json --json-values "$.spec.storage.data.className=<yourStorageClassName>"

Você também tem a opção de editar manualmente o arquivo de configuração personalizado ou usar um patch .json que altera a classe de armazenamento para o pool de armazenamento, como no seguinte exemplo:

{
  "patch": [
    {
      "op": "replace",
      "path": "$.spec.resources.storage-0.spec",
      "value": {
        "type":"Storage",
        "replicas":2,
        "storage":{
            "data":{
                    "size": "100Gi",
                    "className": "myStorageClass",
                    "accessMode":"ReadWriteOnce"
                    },
            "logs":{
                    "size":"32Gi",
                    "className":"myStorageClass",
                    "accessMode":"ReadWriteOnce"
                    }
                }
            }
        }
    ]
}

Aplique o arquivo de patch. Use o comando azdata bdc config patch para aplicar as alterações ao arquivo de patch .json. O seguinte exemplo aplica o arquivo patch.json a um arquivo de configuração de implantação de destino, custom.json:

azdata bdc config patch --config-file custom/bdc.json --patch-file ./patch.json

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