3.16 StatefulSet 部署有状态应用

Love The Way You Lie 2022-12-26 00:58 141阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  一、认识StatefulSet
 *  二、StatefulSet原理
 *   *  1、提供稳定的pod网络标识
     *  2、为每个pod提供稳定的存储
 *  三、StatefulSet应用
 *   *  1、部署StatefulSet
     *  2、可以为StatefulSet管理的pod创建一个ClusterIP service
     *  3、StatefulSet处理时效节点

# 一、认识StatefulSet #

StatefulSet可以与ReplicaSet对应来看，ReplicaSet通过模板可以创建多个pod副本，多个pod名字和IP地址不同外，其它都相同，他们共享持久卷，pod重新调度后依然继续共享持久卷，重新调度的pod可以代替之前的pod，因此ReplicaSet创建的pod是无状态的，可以随意对pod进行重新调度。  
而StatefulSet创建的每个pod都是专门定制的，每一个pod实例都是不可替代的个体，每个pod实例都有稳定的名字和IP地址。

# 二、StatefulSet原理 #

## 1、提供稳定的pod网络标识 ##

稳定的网络标识指pod的名字和域名是稳定的。首先说一下稳定的名字，ReplicaSet创建的pod的名称都是随机的，而StatefulSet创建的则是有规律的。StatefulSet创建的pod都是从0开始的顺序索引，pod的名称都是可以预知的，如下图所示即使名为A-2的pod消亡后，会立即重启一个相同的A-2的pod，如下图所示。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTA1MDIxMDE_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
再说一下稳定的域名，ReplicaSet控制的Pod副本都是一样的，无状态的，客户端请求时，通过负载每一个pod副本，或者随意选择一个pod进行请求，结果都是一致的。但是StarefulSet管理的pod则不可以随意选择一个Pod，因为他们是有状态的，每一个pod都是不相同的，StatefulSet需要创建一个用来记录每个pod的headless service，通过这个service，每个pod拥有独立的DNS记录，每个pod的域名是不同的，客户端就是通过域名来选择后端服务pod的。比如default名称空间下有个myheadlessservice无头服务，它的一个pod名称为A-2，则客户端访问后端pod时，可以通过a-2.myheadlessservice.default.svc.cluster.local域名方式进行访问。ReplicaSet管理的pod则不支持此种方式。

**StatefulSet保持Pod名称不变的两种场景应用：**

**1.1. 替换现有的pod**  
当StatefulSet管理的pod中有一个由于某种原因，或者手动删除时，StatefulSet会保证重启一个新的pod实例，与ReplicaSet类似，但与ReplicaSet不同的是，新创建的pod与消亡的pod会保持一致的名字，比如上图中名为A-1的pod消亡后，会保证重建一个一样的名为A-1的pod。

**1.2. 扩缩容StatefulSet**  
扩容的情况下，StatefulSet会使用一个还没用到的新的顺序索引值创建一个pod实例，比如上面已经创建StatefulSet含有3个副本，名分别为A-0、A-1、A-2，现在要扩容到4个，会创建一个名为A-4的pod，如果还要继续扩容，名字顺序号依次进行递增。  
缩容的情况下，必须从索引值最大的pod开始缩容，比如A-0、A-1、A-2，要先把A-2的pod取消掉。需要注意的是，StatefulSet管理的pod有不健康的情况下，是不允许进行缩容的，因为StatefulSet缩容时不一定会消亡不健康的pod，而是从索引值最大的pod开始消亡，比如A-0、A-1、A-2，其中A-0、A-1是处于不健康状态，此时如果缩容1个pod，就会把A-2的pod消亡掉，StatefulSet管理的pod服务则不能正常对外响应，因此StatefulSet在pod不健康的情况下是不允许缩容的。基于以上原因，StatefulSet扩容和缩容是比较慢的，需要一个接着一个的进行扩容和缩容，而ReplicaSet则是批量进行扩容和缩容。

## 2、为每个pod提供稳定的存储 ##

StatefulSet是通过持久卷和持久卷声明方式为pod提供稳定存储的，在创建StatefulSet之前先由管理员创建出多个持久卷，StatefulSet可以通过一个或多个持久卷声明模板创建持久卷声明，绑定到每一个pod示例上。后续会通过示例进行演示。  
StatefulSet在进行缩容时，会删除掉pod，但是不会删除pod的持久卷声明，因为一旦删除掉持久卷声明，与之绑定的持久卷就会回收，数据丢失，当对StatefulSet再进行扩容时，就丢失了原持久化的内容；  
因StatefulSet缩容会保留持久卷声明，在StatefulSet随后的扩容中，新创建的pod实例会使用缩容时保留的持久卷声明以及其上的数据，新创建的pod实例与之前状态一致。

# 三、StatefulSet应用 #

## 1、部署StatefulSet ##

为部署StatefulSet服务，只需如下三步：

*  创建持久卷；
 *  创建headless service；
 *  创建StatefulSet  
    首先由管理员创建好持久卷，然后创建Headless Sercie，如下所示

apiVersion: v1
    kind: Service
    metadata:
      name: nginx-headless
    spec:
      clusterIP: None   #clusterIP一定要设置None，表示headless service
      selector:
        app: nginx
      ports:
      - name: http
        port: 80

然后创建StatefulSet，如下所示

apiVersion: app/v1betal
    kind: StatefulSet  			#资源类型
      name: nginx-statefulset
    spec:
      serviceName: nginx 	#StatefuleSet服务的名字，在解析pod域名时用
      replicas: 3
      template:
        metadata:
          labels:
            app: nginx
        spec:
          containers:
          - name: nginx
            image: mynginx:0.1
            pors:
            - name: http
              port: 80
            volumeMounts:
            - name: data
              mountPath: /data
      volumeClaimTemplates:
      - matadata:
          name: data
        spec:
          resources:
            requests:
              storage: 50Mi
          accessModes:
          - ReadWriteOnce

通过使用volumeClaimTemplates，为每一个pod创建一个持久卷声明，并绑定到pod上，创建的持久化声明名字规则：按照volumeClaimTemplates定义的名字加上pod定义的名字，再加上顺序（从0开始）。例如本例创建的持久化声明分别为data-nginx-0、data-nginx-1、data-nginx-2。  
其中定义serviceName: nginx，该服务名字在解析pod域名时起作用，pod域名规则：podName + serviceName + nameSpace + svc + cluster + local。例如本例第一个pod域名为：nginx-0.nginx.default.svc.cluster.local。  
另外与ReplicaSet不同的是，StatefulSet每次创建成功后一个pod，才会去创建下一个pod，保证pod是顺序创建的。

## 2、可以为StatefulSet管理的pod创建一个ClusterIP service ##

如下所示，为StatefulSet管理的pod创建ClusterIP service

apiVersion: v1
    kind: Service
    metadata:
      name: nginx-service
    spec:
      selector:
        app: nginx
      ports:
      - port: 80
        targetPort: 80

如果想对StatefulSet管理的pod通过集群进行负载访问，可以为这些pod再额外创建一个ClusterIP service，ClusterIP service不对外暴露，外部客户端不能直接访问ClusterIP service，进而访问StatefulSet管理的pod，可以通过下面两种方式进行访问（已在k8s的[安全机制][Link 1]中介绍过）：

1.  在k8s中创建一个pod，客户端访问pod，然后通过pod的ServiceAccount方式访问ClusterIP service，进而访问StatefulSet管理的po;
2.  对客户端进行RBAC鉴权和认证，通过Restful接口进行访问

curl API服务IP:端口/api/v1/namespaces/default/services/nginx-service/

## 3、StatefulSet处理时效节点 ##

StatefulSet在不确定一个pod的状态时，是不会去创建新的pod代替旧的pod的。  
例如当集群中一个节点失效或断网后，集群中该节点显示NotReady状态，由StatefulSet管理并调度在该节点上的pod在集群中显示unknown状态，如果节点短时间恢复，pod会重新标记为Running状态，如果几分钟后（时间可以配置）仍未恢复，控制器就会标记pod为删除状态。  
当pod为删除状态时，此时如果手动delete该pod，StatefulSet会重新在正常节点上再调度一个名字一样的pod，但pod会显示unknown状态，过会就显示Terminating状态了，是因为在手动删除该未知的pod时，控制器已经标记pod为删除状态，只要失效节点上的kubelete没有通知API服务器pod已经被终止，即使在集群中手动删除失效的pod，控制器依然会标记为删除状态。

**强制删除pod**  
如果确定失联的pod已不可用，可以强制删除该pod，集群中就可以重新调度一个pod了，强制删除pod执行如下命令：

kubectl delete pod nginx-0 --force --grace-period 0

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参考《k8s in action》

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTA1MDIxMDE_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20221120/141d95d52b4c49ed8e6ae6b875f264a8.png
[Link 1]: https://blog.csdn.net/u010502101/article/details/109427925