## 引言：擁抱雲原生的 EMQX 5.0

雲原生理念逐漸深入到各企業關鍵業務的應用開發中。對於一個雲原生應用來說，水平擴充套件和彈性叢集是其應具備的重要特性。

作為積極擁抱雲原生的大規模分散式開源[物聯網 MQTT 訊息伺服器](https://www.emqx.com/zh/mqtt/public-mqtt5-broker)，[EMQX 最新發布的 5.0 版本](https://www.emqx.com/zh/blog/emqx-v-5-0-released)採用了新的後端儲存架構 Mria 資料庫，並重構了資料複製邏輯，增加了 Replicant 節點角色，使使用者可以擺脫有狀態節點的限制，對 EMQX 叢集進行更加彈性的水平擴充套件，打造更加符合雲原生理唸的物聯網應用。

> 詳情請檢視：[《Mria + RLOG 新架構下的 EMQX 5.0 如何實現 1 億 MQTT 連線》](https://www.emqx.com/zh/blog/how-emqx-5-0-achieves-100-million-mqtt-connections)

使用者可以透過 EMQ 釋出的管理工具 [EMQX Kubernetes Operator](https://www.emqx.com/zh/emqx-kubernetes-operator)，利用 EMQX 5.0 的 Replicant 節點特性，在 Kubernetes 上透過 Deployment 資源實現無狀態節點的部署，快速建立並管理可以承載大規模 MQTT 連線和訊息吞吐的 EMQX 叢集。

本文將透過對 EMQX Kubernetes Operator 核心特性及應用實操的詳細講解，幫助讀者進一步掌握如何快速建立部署及自動化管理可彈性伸縮的 EMQX 叢集，充分利用 EMQX 5.0 對雲原生的支援特性，擁抱雲原生。

## 什麼是 EMQX Kubernetes Operator

相信大家對於 Kubernetes（K8s）已並不陌生。它是一個用於自動化部署、擴充套件和管理容器化應用程式的廣泛使用的開源平臺。

在 Kubernetes 上，Operator 是對 Kubernetes API 的軟體擴充套件，它使用自定義資源定義（CRD）來提供一個特定於應用程式的 API。Operator 遵循基本的 Kubernetes 原則，如使用 Controllers（ Controller loops ）來調節系統的狀態。

Operator 模式結合了自定義資源（CRD）和自定義控制器，將應用程式的領域知識編碼為 Kubernetes API 的擴充套件，可以自動完成常見的協調任務。

[![](http://img.blog.itpub.net/blog/2022/09/13/843709da95798450.png?x-oss-process=style/bb)](https://www.emqx.com/zh/blog/create-a-scalable-mqtt-cluster-with-emqx-operator)

EMQX Kubernetes Operator 則是一個特定於 EMQX 的控制器，它允許 DevOps 在 Kubernetes 中管理 EMQX 叢集部署的生命週期。EMQX Kubernetes Operator 作為 Kubernetes 上的自定義控制器執行，並與 Kubernetes API 伺服器（kube-apiserver）進行通訊，將高層描述轉換為正常的 Kubernetes 資源，以保持所需的應用程式狀態。

簡單來講，EMQX Kubernetes Operator 可以幫助使用者在 Kubernetes 環境上快速建立和管理 EMQX 叢集，不僅極大簡化部署和管理流程，也降低了管理和配置的專業技能要求。

EMQX 歷經多年迭代，我們也積累了豐富的 EMQX 部署、調優和運維的經驗。EMQX Kubernetes Operator 便是我們將這些經驗轉換為程式碼的一種成果體現。它使部署和管理工作變成一種低成本、標準化、可重複性的能力，幫助使用者高效實現叢集擴容、無縫升級、故障處理和統一監控。

## EMQX Kubernetes Operator VS EMQX Helm Chart

對大多數人來說，手工編寫 YAML 檔案並不有趣，而且每次需要在 Kubernetes 叢集中部署應用或修改配置設定時都要手工編寫自定義 YAML，這是一項複雜而且容易出錯的工作。

Kubernetes 中的 Helm Chart 和 Operator 則解決了這一難題。這兩種用於自動化任務的便捷工具為管理員提供了一種簡單的方法，將應用程式或配置部署到 Kubernetes 叢集中。這樣一來，他們就可以更好地利用 Kubernetes。不過，儘管它們做類似的事情，並不意味著它們是完全可以互換的。

除了 Operator，EMQX 在 Kubernetes 上也提供了 Helm Chart 部署方式，使用者可以根據自己的需求選擇更合適的部署方式：

- **EMQX Helm Chart**

Helm 是 Kubernetes 的包管理系統。使用稱為 Helm Chart 的打包格式，某人可以將應用程式（例如 Apache HTTP）打包成任何其他人都可以透過幾條命令部署到 Kubernetes 叢集上的格式，同時只需很少或無需手動更改 YAML 檔案。

如果您熟悉 Linux 環境中的包管理，Helm 圖表應該很容易理解。它們類似於 Debian 或 RPM 軟體包，而 Helm 本身類似於 apt 或 dnf。就像你可以在 Ubuntu 上 `apt-get install [some package]`一樣，你可以在 Kubernetes 上`helm install [some package]` 來讓應用程式快速啟動並執行。

EMQX 從 4.0 版本開始就提供了 EMQX Helm Chart，透過 EMQX Helm Chart ，使用者可以快速在 Kubernetes 上部署一套 EMQX 叢集，並完成初始化操作。Helm Chart 的使用足夠簡單，適合第一次接觸 EMQX 的使用者部署和嚐鮮。

不過，Helm Chart 雖然容易上手，但是它只能提供最基本的部署能力。對於 EMQX 這種有狀態叢集的運維，Kubernetes Operator 是個更好的選擇。

- **EMQX Kubernetes Operator**

如上文所述，透過 Kubernetes 自定義資源（CRD），使用者可以使用宣告式 API 描述 EMQX 叢集，EMQX Kubernetes Operator 會不停排程 Kubernetes 的資源，使 EMQX 叢集最終與使用者所宣告的保持一致。其中大量的運維和更新操作是由 EMQX Kubernetes Operator 自動完成的，使用者並不需要關心。

EMQX Kubernetes Operator 可以讓我們更靈活地管理和運維 EMQX 叢集，可以讓我們擺脫掉複雜而且容易出錯的配置修改工作，從而節約大量成本。

EMQX Helm Chart 與 EMQX Kubernetes Operator 並不是互相競爭，而是互補的關係。EMQX 同時提供這兩種部署方式，就是為了讓使用者可以在不同的場景下選擇最適合自己的那一種。

## 隨 EMQX 5.0 一同升級的 EMQX Kubernetes Operator

隨著 EMQX 5.0 在全新 HOCON 格式配置、Replicant 角色節點等方面的更新，我們也為使用者在 Kubernetes 的複雜環境中輕鬆部署和運維 EMQX 提供了捷徑——即將釋出的 EMQX Kubernetes Operator 2.0 可以完美支援 EMQX 5.0 的部署管理，在叢集策略、配置格式等方面進行了最佳化升級：

- 全新的叢集策略

EMQX Kubernetes Operator 2.0 依然使用了 Statefulset 資源部署 EMQX Core 節點，這與之前的特性是保持一致的。使用者依然可以透過 StoreClass 等 Kubernetes 資源持久化 EMQX 的業務資料，並保證節點的有序性。

與之前有所不同的是，EMQX Kubernetes Operator 2.0 利用了 Deployment 資源來部署 EMQX Replicant 節點。相比於 Core 節點，Replicant 節點彼此獨立，只向 Core 節點發起請求並組成叢集，Replicant 節點沒有繫結任何持久化的資源，這意味著他們可以隨時被銷燬和重建。使用者可以透過修改 EMQX 自定義資源快速的伸縮 Replicant 節點的數量，更靈活地處理自己的業務。

[![](http://img.blog.itpub.net/blog/2022/09/13/5be6789bee4ebe59.png?x-oss-process=style/bb)](https://www.emqx.com/zh/blog/create-a-scalable-mqtt-cluster-with-emqx-operator)

EMQX Kubernetes Operator 2.0 會將所有的管理請求（如 Dashboard、API）路由到 Core 節點，同時將所有的業務請求路由到 Replicant 節點，提高叢集的穩定性。

- 全新的配置格式

在之前的版本中，EMQX Kubernetes Operator 是透過環境變數將配置傳遞給 EMQX 的，這意味著如果修改配置就會導致 Pod 的重啟，而且需要使用者熟練掌握 EMQX 的配置與環境變數的轉換規則，並不十分友好。EMQX Kubernetes Operator 2.0 將利用 EMQX 全新的 HOCON 配置和 Dashboard 的熱配置功能，允許使用者將原生的 EMQX 配置寫入 EMQX 自定義資源中，並鼓勵使用者在 EMQX 執行時透過 EMQX Dashboard 的熱配置功能來修改 EMQX 的配置。這些配置都會在整個叢集中生效，並且會在新的節點加入叢集時將配置同步過去，保證所有節點的一致性。

- 全新的升級管理

在 EMQX 5.0 中，因為引入了不同的叢集角色，所以叢集升級/降級變得更加複雜。使用者需要先升級 EMQX Core 節點，等待所有的 Core 節點升級完畢並且恢復叢集后，再升級 Replicant 節點。

為了簡化這一流程，EMQX Kubernetes Operator 2.0 提供了升級管理的能力，當使用者想升級 / 降級 EMQX 時，只需要直接修改 EMQX 自定義資源中的 Image，EMQX Kubernetes Operator 就會自動完成所有的工作。

## 使用 EMQX Kubernetes Operator 快速部署 EMQX 5.0

透過 EMQX Kubernetes Operator，只需要簡單的數行 YAML 就可以部署一個 EMQX 叢集。

```nestedtext
$ cat << "EOF" | kubectl apply -f -                
  apiVersion: apps.emqx.io/v2alpha1
  kind: EMQX
  metadata:
    name: emqx 
  spec:                      
    emqxTemplate:   
      image: emqx/emqx:5.0.6
EOF
emqx.apps.emqx.io/emqx applied
```

EMQX Kubernetes Operator 預設部署 3 個 Core 節點以及 3 個 Replicant 節點，使用者可以透過修改 EMQX 自定義資源來伸縮節點的數量。

```sql
$ kubectl get pods 
NAME                              READY   STATUS    RESTARTS        AGE
emqx-core-0                       1/1     Running   0               75s
emqx-core-1                       1/1     Running   0               75s
emqx-core-2                       1/1     Running   0               75s
emqx-replicant-6c8b4fccfb-bkk4s   1/1     Running   0               75s
emqx-replicant-6c8b4fccfb-kmg9j   1/1     Running   0               75s
emqx-replicant-6c8b4fccfb-zc929   1/1     Running   0               75s
$ kubectl get emqx emqx -o json | jq ".status.emqxNodes"
[
  {
    "node": "emqx@172.17.0.11",
    "node_status": "running",
    "otp_release": "24.2.1-1/12.2.1",
    "role": "replicant",
    "version": "5.0.6"
  },
  {
    "node": "emqx@172.17.0.12",
    "node_status": "running",
    "otp_release": "24.2.1-1/12.2.1",
    "role": "replicant",
    "version": "5.0.6"
  },
  {
    "node": "emqx@172.17.0.13",
    "node_status": "running",
    "otp_release": "24.2.1-1/12.2.1",
    "role": "replicant",
    "version": "5.0.6"
  },
  {
    "node": "emqx@emqx-core-0.emqx-headless.default.svc.cluster.local",
    "node_status": "running",
    "otp_release": "24.2.1-1/12.2.1",
    "role": "core",
    "version": "5.0.6"
  },
  {
    "node": "emqx@emqx-core-1.emqx-headless.default.svc.cluster.local",
    "node_status": "running",
    "otp_release": "24.2.1-1/12.2.1",
    "role": "core",
    "version": "5.0.6"
  },
  {
    "node": "emqx@emqx-core-2.emqx-headless.default.svc.cluster.local",
    "node_status": "running",
    "otp_release": "24.2.1-1/12.2.1",
    "role": "core",
    "version": "5.0.6"
  }
]
```

## 結語

除了更強大的水平擴充套件能力，EMQX 5.0 還透過[全新改版的 Dashboard](https://www.emqx.com/zh/blog/an-easy-to-use-and-observable-mqtt-dashboard) 提供了更清晰全面的資料監控與管理能力，提升了可觀測性。此外，對 [MQTT over QUIC](https://www.emqx.com/zh/blog/mqtt-over-quic) 支援的實現，將使得基於 QUIC 協議的 MQTT 連線 在 Pod 被排程時可以做到無感知切換到另一個 Pod 上，從而進一步提高叢集的可用性。這些都將使使用者可以藉助 EMQX 5.0 構建更加雲原生的應用。

EMQX Kubernetes Operator 則為使用者建立和管理 EMQX 叢集提供了更加便捷的途徑，幫助使用者更輕鬆地體驗到 EMQX 5.0 的雲原生特性。

未來 EMQ 將持續在雲原生方向發力，將 EMQX 進化為一個彈性的、無狀態的 MQTT Broker，同時配合 eKuiper、Neuron 等 EMQ 邊緣計算產品，進一步探索分散式雲原生的落地。

>版權宣告： 本文為 EMQ 原創，轉載請註明出處。
>
>原文連結：[https://www.emqx.com/zh/blog/create-a-scalable-mqtt-cluster-with-emqx-operator](https://www.emqx.com/zh/blog/create-a-scalable-mqtt-cluster-with-emqx-operator)

EMQX Operator 如何快速建立彈性伸縮的 MQTT 叢集

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