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leey18

自动构建

用于在Kubernetes上使用StatefulSets部署Apache Kafka的Docker镜像，便于实现Kafka集群的容器化部署与管理。

下载次数: 0状态：自动构建维护者：leey18仓库类型：镜像最近更新：7 年前

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镜像标签列表与下载命令

Kubernetes Kafka K8SKafka

该项目包含一个Docker镜像，旨在使用https://kubernetes.io/docs/concepts/workloads/controllers/statefulset/%E5%9C%A8http://kubernetes.io/%E4%B8%8A%E9%83%A8%E7%BD%B2https://kafka.apache.org/%E3%80%82

限制条件

必须使用持久卷（Persistent Volumes），e***yDirs可能导致数据丢失。
目前通常无法实现存储介质I/O隔离，建议使用Pod Anti-Affinity规则将高负载应用部署在不同节点上。

Docker镜像

本仓库中的Docker镜像基于Ubuntu 16.04，使用基于1.8 JVM的最新OpenJDK JRE版本（JDK 8u111）和基于Scala 2.11的最新稳定版Kafka（10.2.0）。虽然Ubuntu镜像比BusyBox或Alpine大，但后两者使用mucl或ulibc，需要针对非glibc的libc运行时构建自定义OpenJDK版本。尽管存在基于Alpine和BusyBox的更小Kafka镜像，但Kafka、JVM与glibc的交互更易理解和调试。

镜像设计为以非root用户运行Kafka JVM进程，默认用户为kafka，UID 1000，GID 1000。Kafka安装在/opt/kafka目录，配置文件位于/opt/kafka/config，可执行文件在/opt/kafka/***。由于/opt/kafka/***中的脚本实现限制，无法将其符号链接到/user/***目录，因此将/opt/kafka/***添加到PATH环境变量。

ZooKeeper

Kafka需要Apache ZooKeeper进行 broker 配置存储和协调。可参考https://github.com/kubernetes/contrib/tree/master/statefulsets/zookeeper%E7%9A%84%E7%A4%BA%E4%BE%8B%E5%9C%A8Kubernetes%E4%B8%8A%E9%83%A8%E7%BD%B2ZooKeeper%E9%9B%86%E7%BE%A4%E3%80%82%E6%B5%8B%E8%AF%95%E7%8E%AF%E5%A2%831-3%E4%B8%AA%E8%8A%82%E7%82%B9%E8%B6%B3%E5%A4%9F%EF%BC%8C%E7%94%9F%E4%BA%A7%E7%8E%AF%E5%A2%83%E5%BB%BA%E8%AE%AE%E8%87%B3%E5%B0%91%E9%83%A8%E7%BD%B25%E4%B8%AA%E8%8A%82%E7%82%B9%EF%BC%8C%E4%BB%A5%E5%AE%B9%E5%BF%8D%E7%BB%B4%E6%8A%A4%E6%9C%9F%E9%97%B4%E7%9A%84%E8%8A%82%E7%82%B9%E6%95%85%E9%9A%9C%E3%80%82%E8%8B%A5%E5%9C%A8Kubernetes%E4%B8%8A%E8%BF%90%E8%A1%8CZooKeeper%EF%BC%8C%E6%AF%8F%E4%B8%AAKafka%E9%9B%86%E7%BE%A4%E6%9C%80%E5%A5%BD%E4%BD%BF%E7%94%A8%E7%8B%AC%E7%AB%8B%E7%9A%84ZooKeeper%E9%9B%86%E7%BE%A4%E3%80%82%E7%94%9F%E4%BA%A7%E7%8E%AF%E5%A2%83%E4%B8%AD%EF%BC%8C%E6%AF%8F%E4%B8%AAZooKeeper%E6%9C%8D%E5%8A%A1%E5%99%A8%E5%BA%94%E8%87%B3%E5%B0%91%E6%9C%892 GiB堆内存和4 GiB Pod预留内存。ZooKeeper对CPU要求不高，每个服务器2 CPU通常足够。若在云平台（如GCP、Azure、AWS）运行Kubernetes，应为ZooKeeper PV配置快速存储类。由于PV基于网络附加存储，将预写日志与快照目录隔离几乎无收益。

Headless Service

Kafka StatefulSet需要Headless Service控制Kafka broker的网络域。以下YAML创建Headless Service，支持broker发现并暴露9093端口供客户端连接。

yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: kafka-svc
  labels:
    app: kafka
spec:
  ports:
  - port: 9093
    name: server
  clusterIP: None
  selector:
    app: kafka

StatefulSet

Kafka StatefulSet在Kubernetes集群上部署可配置数量的副本。StatefulSet的serviceName必须与Headless Service匹配，并指定所需的broker数量。

yaml
apiVersion: apps/v1beta1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: kafka
spec:
  serviceName: kafka-svc
  replicas: 3
  ...

配置

本节详细说明Kafka集群的配置。

Broker配置

每个broker的配置通过命令行标志覆盖默认配置，包含Kafka文档中https://kafka.apache.org/documentation/#brokerconfigs%E3%80%82

yaml
kafka-server-start.sh /opt/kafka/config/server.properties --override broker.id=${HOSTNAME##*-} \
          --override listeners=PLAINTEXT://:9093 \
          --override zookeeper.connect=zk-0.zk-svc.default.svc.cluster.local:2181,zk-1.zk-svc.default.svc.cluster.local:2181,zk-2.zk-svc.default.svc.cluster.local:2181 \
          --override auto.create.topics.enable=true \
          --override auto.leader.rebalance.enable=true \
          --override background.threads=10 \
          --override compression.type=producer \
          --override delete.topic.enable=false \
          --override leader.imbalance.check.interval.seconds=300 \
          --override leader.imbalance.per.broker.percentage=10 \
          --override log.flush.interval.messages=9223372036854775807 \
          --override log.flush.offset.checkpoint.interval.ms=60000 \
          --override log.flush.scheduler.interval.ms=9223372036854775807 \
          --override log.retention.bytes=-1 \
          --override log.retention.hours=168 \
          --override log.roll.hours=168 \
          --override log.roll.jitter.hours=0 \
          --override log.segment.bytes=1073741824 \
          --override log.segment.delete.delay.ms=60000 \
          --override message.max.bytes=1000012 \
          --override min.insync.replicas=1 \
          --override num.io.threads=8 \
          --override num.network.threads=3 \
          --override num.recovery.threads.per.data.dir=1 \
          --override num.replica.fetchers=1 \
          --override offset.metadata.max.bytes=4096 \
          --override offsets.commit.required.acks=-1 \
          --override offsets.commit.timeout.ms=5000 \
          --override offsets.load.buffer.size=5242880 \
          --override offsets.retention.check.interval.ms=600000 \
          --override offsets.retention.minutes=1440 \
          --override offsets.topic.compression.codec=0 \
          --override offsets.topic.num.partitions=50 \
          --override offsets.topic.replication.factor=3 \
          --override offsets.topic.segment.bytes=104857600 \
          --override queued.max.requests=500 \
          --override quota.consumer.default=9223372036854775807 \
          --override quota.producer.default=9223372036854775807 \
          --override replica.fetch.min.bytes=1 \
          --override replica.fetch.wait.max.ms=500 \
          --override replica.high.watermark.checkpoint.interval.ms=5000 \
          --override replica.lag.time.max.ms=10000 \
          --override replica.socket.receive.buffer.bytes=65536 \
          --override replica.socket.timeout.ms=30000 \
          --override request.timeout.ms=30000 \
          --override socket.receive.buffer.bytes=102400 \
          --override socket.request.max.bytes=104857600 \
          --override socket.send.buffer.bytes=102400 \
          --override unclean.leader.election.enable=true \
          --override zookeeper.session.timeout.ms=6000 \
          --override zookeeper.set.acl=false \
          --override broker.id.generation.enable=true \
          --override connections.max.idle.ms=600000 \
          --override controlled.shutdown.enable=true \
          --override controlled.shutdown.max.retries=3 \
          --override controlled.shutdown.retry.backoff.ms=5000 \
          --override controller.socket.timeout.ms=30000 \
          --override default.replication.factor=1 \
          --override fetch.purgatory.purge.interval.requests=1000 \
          --override group.max.session.timeout.ms=300000 \
          --override group.min.session.timeout.ms=6000 \
          --override inter.broker.protocol.version=0.10.2-IV0 \
          --override log.cleaner.backoff.ms=15000 \
          --override log.cleaner.dedupe.buffer.size=134217728 \
          --override log.cleaner.delete.retention.ms=86400000 \
          --override log.cleaner.enable=true \
          --override log.cleaner.io.buffer.load.factor=0.9 \
          --override log.cleaner.io.buffer.size=524288 \
          --override log.cleaner.io.max.bytes.per.second=1.7976931348623157E308 \
          --override log.cleaner.min.cleanable.ratio=0.5 \
          --override log.cleaner.min.compaction.lag.ms=0 \
          --override log.cleaner.threads=1 \
          --override log.cleanup.policy=delete \
          --override log.index.interval.bytes=4096 \
          --override log.index.size.max.bytes=10485760 \
          --override log.message.timestamp.difference.max.ms=9223372036854775807 \
          --override log.message.timestamp.type=CreateTime \
          --override log.preallocate=false \
          --override log.retention.check.interval.ms=300000 \
          --override max.connections.per.ip=2147483647 \
          --override num.partitions=1 \
          --override producer.purgatory.purge.interval.requests=1000 \
          --override replica.fetch.backoff.ms=1000 \
          --override replica.fetch.max.bytes=1048576 \
          --override replica.fetch.response.max.bytes=10485760 \
          --override reserved.broker.max.id=1000

broker.id从StatefulSet Pod的序号索引提取。
listeners配置必须指定Headless Service的端口（此处为9093）。
zookeeper.connect是ZooKeeper集群中服务器的host:port对逗号分隔列表。

操作系统镜像调优

生产环境中，需配置基础OS镜像以支持足够的文件描述符数量：

每个broker的文件打开数量由(分区数) * (分区大小/段大小)决定，需确保不会因文件描述符耗尽导致broker进程终止。

CPU

典型生产环境Kafka broker部署使用双处理器Xeon，每个核心有多个硬件线程。CPU通常不是瓶颈，8 CPU部署足以满足良好性能。建议从2-4 CPU开始模拟工作负载，逐步增加。

内存

Kafka大量利用OS页缓存缓冲数据。需理解Kafka与Linux容器的交互（参考https://kafka.apache.org/documentation/#design_filesystem%E5%92%8Chttps://www.kernel.org/doc/Documentation/cgroup-v1/memory.txt%EF%BC%89%EF%BC%8C%E7%89%B9%E5%88%AB%E6%98%AFmem cgroup对页缓存的统计和隔离。若关注隔离和性能，建议：

确定数据缓冲时间t（秒）。
确定部署的总写入吞吐量tp（存储/时间）。
tp * t为内存存储需求，应设为容器的内存请求。

磁盘

磁盘吞吐量是用户使用Kafka时最常见的瓶颈。由于持久卷基于网络附加存储，吞吐量在大多数情况下按节点限制，与节点上挂载的持久卷数量无关。例如，在GKE或GCP的Kubernetes集群上使用标准PD，单实例最大持续吞吐量为120 MB/s（写）和180 MB/s（读）。若多个应用挂载持久卷，这些数值为总吞吐量。若存在竞争，建议使用Pod Anti-Affinity规则避免高负载应用部署在同一节点。

Pod亲和性

StatefulSet的PodTemplateSpec中的Kafka Pod包含Pod反亲和性和Pod亲和性规则：

yaml
    affinity:
        podAntiAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
            - labelSelector:
                matchExpressions:
                  - key: "app"
                    operator: In
                    values: 
                    - kafka
              topologyKey: "kubernetes.io/hostname"
        podAffinity:
          preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
             - weight: 1
               podAffinityTerm:
                 labelSelector:
                    matchExpressions:
                      - key: "app"
                        operator: In
                        values: 
                        - zk
                 topologyKey: "kubernetes.io/hostname"

Pod反亲和性规则确保两个Kafka Broker不会部署在同一节点，虽非必需，但可增强节点故障时的可用性，并缓解磁盘吞吐量瓶颈。Pod亲和性规则尝试将Kafka和ZooKeeper部署在同一节点。Kafka broker数量可能多于ZooKeeper服务器，但Kubernetes调度器会在遵守Pod反亲和性规则的前提下，尽可能将Kafka broker与ZooKeeper服务器共置，以减少两者间的网络I/O。若磁盘竞争成为问题，也可使用Pod反亲和性规则避免ZooKeeper服务器与Kafka broker部署在同一节点。

测试

测试部署的最简单方法是创建主题并使用控制台生产者和消费者。使用kubectl exec在一个broker上执行bash shell：

shell
> kubectl exec -ti kafka-0 -- bash

通过命令行使用kafka-topics.sh创建主题：

shell
> kafka-topics.sh --create \
--topic test \
--zookeeper zk-0.zk-svc.default.svc.cluster.local:2181,zk-1.zk-svc.default.svc.cluster.local:2181,zk-2.zk-svc.default.svc.cluster.local:2181 \
--partitions 3 \
--replication-factor 2

运行控制台消费者：

shell
> kafka-console-consumer.sh --topic test --bootstrap-server localhost:9093

使用kubectl exec在另一个broker上执行bash shell（使用不同broker可验证跨节点工作）：

shell
> kubectl exec -ti kafka-1 -- bash

运行控制台生产者并通过输入生成消息，按Enter发送：

shell
> kafka-console-producer.sh --topic test --broker-list localhost:9093
hello
I like kafka
goodbye

消费者控制台将显示消息：

shell
> kafka-console-consumer.sh --topic test --bootstrap-server localhost:9093
hello
I like kafka
goodbye

水平扩展

使用kubectl scale水平扩展集群，以下命令将broker数量扩展到2个：

shell
> kubectl scale statefulset kafka --replicas=2

注意，扩展Kafka集群后，需使用kafka-reassign-partitions.sh确保数据正确复制和分配。

镜像拉取方式

您可以使用以下命令拉取该镜像。请将 <标签> 替换为具体的标签版本。如需查看所有可用标签版本，请访问标签列表页面。

轩辕镜像加速拉取命令点我查看更多 kafka 镜像标签

docker pull docker.xuanyuan.run/leey18/kafka:<标签>

使用方法：

DockerHub 原生拉取命令

docker pull leey18/kafka:<标签>

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yaml

kafka-server-start.sh /opt/kafka/config/server.properties --override broker.id=${HOSTNAME##*-} \
          --override listeners=PLAINTEXT://:9093 \
          --override zookeeper.connect=zk-0.zk-svc.default.svc.cluster.local:2181,zk-1.zk-svc.default.svc.cluster.local:2181,zk-2.zk-svc.default.svc.cluster.local:2181 \
          --override auto.create.topics.enable=true \
          --override auto.leader.rebalance.enable=true \
          --override background.threads=10 \
          --override compression.type=producer \
          --override delete.topic.enable=false \
          --override leader.imbalance.check.interval.seconds=300 \
          --override leader.imbalance.per.broker.percentage=10 \
          --override log.flush.interval.messages=9223372036854775807 \
          --override log.flush.offset.checkpoint.interval.ms=60000 \
          --override log.flush.scheduler.interval.ms=9223372036854775807 \
          --override log.retention.bytes=-1 \
          --override log.retention.hours=168 \
          --override log.roll.hours=168 \
          --override log.roll.jitter.hours=0 \
          --override log.segment.bytes=1073741824 \
          --override log.segment.delete.delay.ms=60000 \
          --override message.max.bytes=1000012 \
          --override min.insync.replicas=1 \
          --override num.io.threads=8 \
          --override num.network.threads=3 \
          --override num.recovery.threads.per.data.dir=1 \
          --override num.replica.fetchers=1 \
          --override offset.metadata.max.bytes=4096 \
          --override offsets.commit.required.acks=-1 \
          --override offsets.commit.timeout.ms=5000 \
          --override offsets.load.buffer.size=5242880 \
          --override offsets.retention.check.interval.ms=600000 \
          --override offsets.retention.minutes=1440 \
          --override offsets.topic.compression.codec=0 \
          --override offsets.topic.num.partitions=50 \
          --override offsets.topic.replication.factor=3 \
          --override offsets.topic.segment.bytes=104857600 \
          --override queued.max.requests=500 \
          --override quota.consumer.default=9223372036854775807 \
          --override quota.producer.default=9223372036854775807 \
          --override replica.fetch.min.bytes=1 \
          --override replica.fetch.wait.max.ms=500 \
          --override replica.high.watermark.checkpoint.interval.ms=5000 \
          --override replica.lag.time.max.ms=10000 \
          --override replica.socket.receive.buffer.bytes=65536 \
          --override replica.socket.timeout.ms=30000 \
          --override request.timeout.ms=30000 \
          --override socket.receive.buffer.bytes=102400 \
          --override socket.request.max.bytes=104857600 \
          --override socket.send.buffer.bytes=102400 \
          --override unclean.leader.election.enable=true \
          --override zookeeper.session.timeout.ms=6000 \
          --override zookeeper.set.acl=false \
          --override broker.id.generation.enable=true \
          --override connections.max.idle.ms=600000 \
          --override controlled.shutdown.enable=true \
          --override controlled.shutdown.max.retries=3 \
          --override controlled.shutdown.retry.backoff.ms=5000 \
          --override controller.socket.timeout.ms=30000 \
          --override default.replication.factor=1 \
          --override fetch.purgatory.purge.interval.requests=1000 \
          --override group.max.session.timeout.ms=300000 \
          --override group.min.session.timeout.ms=6000 \
          --override inter.broker.protocol.version=0.10.2-IV0 \
          --override log.cleaner.backoff.ms=15000 \
          --override log.cleaner.dedupe.buffer.size=134217728 \
          --override log.cleaner.delete.retention.ms=86400000 \
          --override log.cleaner.enable=true \
          --override log.cleaner.io.buffer.load.factor=0.9 \
          --override log.cleaner.io.buffer.size=524288 \
          --override log.cleaner.io.max.bytes.per.second=1.7976931348623157E308 \
          --override log.cleaner.min.cleanable.ratio=0.5 \
          --override log.cleaner.min.compaction.lag.ms=0 \
          --override log.cleaner.threads=1 \
          --override log.cleanup.policy=delete \
          --override log.index.interval.bytes=4096 \
          --override log.index.size.max.bytes=10485760 \
          --override log.message.timestamp.difference.max.ms=9223372036854775807 \
          --override log.message.timestamp.type=CreateTime \
          --override log.preallocate=false \
          --override log.retention.check.interval.ms=300000 \
          --override max.connections.per.ip=2147483647 \
          --override num.partitions=1 \
          --override producer.purgatory.purge.interval.requests=1000 \
          --override replica.fetch.backoff.ms=1000 \
          --override replica.fetch.max.bytes=1048576 \
          --override replica.fetch.response.max.bytes=10485760 \
          --override reserved.broker.max.id=1000

yaml

    affinity:
        podAntiAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
            - labelSelector:
                matchExpressions:
                  - key: "app"
                    operator: In
                    values: 
                    - kafka
              topologyKey: "kubernetes.io/hostname"
        podAffinity:
          preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
             - weight: 1
               podAffinityTerm:
                 labelSelector:
                    matchExpressions:
                      - key: "app"
                        operator: In
                        values: 
                        - zk
                 topologyKey: "kubernetes.io/hostname"

shell

> kafka-topics.sh --create \
--topic test \
--zookeeper zk-0.zk-svc.default.svc.cluster.local:2181,zk-1.zk-svc.default.svc.cluster.local:2181,zk-2.zk-svc.default.svc.cluster.local:2181 \
--partitions 3 \
--replication-factor 2

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