【Kubernetes资源篇】StatefulSet无状态服务管理入门实战详解

一、StatefulSet理论知识

官方中文参考文档

1、StatefulSet Pod控制器特性

StatefulSet(简写sts)也是K8S集群中的一种Pod资源管理器，与deployment Pod控制器不同的是，StatefulSet用于管理无状态程序，特性如下：

• 稳定的网络标识符：管理的Pod都拥有一个稳定的网络标识符。可以通过网络标识符进行访问。
• 有序部署和扩展：StatefulSet会按照指定的顺序逐个部署Pod，每个Pod都有一个唯一的序号，这个序号在整个生命周期中都不会改变。在扩展时，也会按照指定的顺序逐个增加Pod。
• 稳定的存储：每个Pod都用一个独立的持久卷存储，比如NFS。
• 有状态服务：StatefulSet适用于有状态的服务，例如数据库、缓存等，这些服务需要稳定的网络标识符和持久化存储。

总之，StatefulSet提供了一种可靠的、有序的、有状态的服务部署和扩展方式，适用于需要稳定网络标识符和持久化存储的有状态服务。

2、什么是有状态服务和无状态服务？

无状态服务则是指不需要持久化存储和状态的服务，例如Web服务器、API服务器等。这些服务可以在任何节点上运行，因为它们不需要在不同节点之间共享数据，也不需要在节点故障时进行快速恢复。无状态服务可以通过水平扩展来提高性能和可用性。

有状态服务是指需要持久化存储并且需要保持状态的服务，例如数据库、缓存等。这些服务需要在不同的节点之间保持数据同步，并且需要在节点故障时能够快速恢复。

3、Deployment和StatefulSet区别

Deployment和StatefulSet是Kubernetes中常用的两种控制器，它们的主要区别如下：

• Deployment是用于管理无状态应用的控制器，而StatefulSet则是用于管理有状态应用的控制器。

• Deployment可以创建多个Pod副本，这些Pod副本之间没有任何顺序关系，可以随意调度和替换。而StatefulSet创建的Pod副本有固定的顺序，每个Pod副本都有唯一的标识符，可以保证有状态应用的数据持久性和稳定性。

• Deployment可以进行滚动更新，即在更新过程中保持应用的可用性。而StatefulSet的更新过程需要手动控制，需要先删除旧的Pod副本，再创建新的Pod副本，因此更新过程中会有一定的停机时间。

• Deployment可以使用RollingUpdate策略进行滚动更新，而StatefulSet则可以使用OnDelete和RollingUpdate两种策略进行更新。

总之，Deployment适用于管理无状态应用，而StatefulSet适用于管理有状态应用。如果应用需要保证数据的持久性和稳定性，建议使用StatefulSet。

二、案例：StatefulSet资源实战演示

1、创建WEB站点并验证StatefulSet特点

第一步：创建名为 sts-web-svc 的SVC ，用于创建statefulset资源时需要关联service，YAML如下：

cat sts-web-svc.yaml 
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: sts-web-svc
spec:
  selector:
    app: web-nginx
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 80
  clusterIP: None     # 设置无IP地址

创建 svc 资源：

kubectl apply -f sts-web-svc.yaml

查看创建的 svc 资源，如下图可以看到创建的svc并没有分配IP地址：

kubectl get svc sts-web-svc

第二步：创建statefulset资源

cat sts-web.yaml 
---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: sts-web
  namespace: default
spec:
  serviceName: sts-web-svc  # 关联SVC资源
  replicas: 2               # 副本数
  selector:
    matchLabels:            # 关联具有app=web-nginx标签的Pod
      app: web-nginx
  volumeClaimTemplates:        # 卷申请模板 
  - metadata:
      name: www                # 卷申请模板名称
    spec:
      accessModes: ["ReadWriteOnce"] # 访问模式
      storageClassName: nfs          # 指定供应商,前提是需要存在此供应商
      resources:
        requests:
          storage: 1Gi               # 存储大小1G
  template:
    metadata:
      labels:
        app: web-nginx
    spec:
      containers:
      - name: web-nginx
        image: nginx:1.18.0
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        ports:
        - containerPort: 80
          name: web
        volumeMounts:
        - name: www             # 指定卷申请模板名称
          mountPath: /usr/share/nginx/html
        startupProbe:           # 启动探测
          tcpSocket:
            port: 80

执行 YAML ：

kubectl apply -f sts-web.yaml

第三步：特点测试

1、Pod都有一个唯一的序号：如下图Pod名字有序

kubectl get pods -l app=web-nginx -o wide

删除 sts-web-0，Pod后自动创建出来的Pod名称不会改变

kubectl delete pod sts-web-0

2、Pod独立持久卷存储：查看PVC，自动生成两个PVC，相互隔离

kubectl get pvc -l app=web-nginx
ls /data/nfs_pro|grep default-www-sts-web-*

3、稳定的网络标识符：我们使用busybox运行Pod，nslookup进行解析

kubectl run busybox --image docker.io/library/busybox:1.28 --rm -it busybox -- sh

2、StatefulSet滚动更新

滚动更新使用 spec.updateStrategy 字段定义，目前statefulset支持两种更新策略如下：

• RollingUpdate：滚动更新
• OnDelete：不会自动更新，手动删除Pod后进行更新

下面演示滚动更新：

第一步：创建并执行statefulset资源

cat web-svc.yaml 
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: web
spec:
  selector:
    app: web
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 80
  clusterIP: None

创建statefulset，使用nginx:1.18 镜像

cat web.yaml 
---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: web
  namespace: default
spec:
  serviceName: web
  replicas: 5   
  selector:
    matchLabels:           
      app: web
  updateStrategy:
    rollingUpdate:
      maxUnavailable: 0 # 最多不可用Pod,0表示2个Pod可用 
      partition: 2      # 只更新序号大于等于partition值的Pod
  volumeClaimTemplates:       
  - metadata:
      name: web               
    spec:
      accessModes: ["ReadWriteOnce"] 
      storageClassName: nfs          
      resources:
        requests:
          storage: 1Gi               
  template:
    metadata:
      labels:
        app: web
    spec:
      containers:
      - name: web
        image: nginx:1.18.0    # 使用1.18.0版本镜像
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        ports:
        - containerPort: 80
          name: web
        volumeMounts:
        - name: web           
          mountPath: /usr/share/nginx/html

执行YAML文件

kubectl apply -f web-svc.yaml
kubectl apply -f web.yaml

第二步：更新使用 nginx:latest 镜像

重新YAML 一下：

kubectl apply -f web.yaml

验证：由于我们partition: 2 所以Pod不会全部更新，只会更新序号大于2的Pod，包括2

三、总结

• statefulset管理的Pod名称是有序的，删除指定Pod后自动创建的Pod名称不会改变。
• statefulset创建时必须指定server名称，如果server没有IP地址，则会对server进行DNS解析，找到对应的Pod域名。
• statefulset具有volumeclaimtemplate卷管理模板，创建出来的Pod都具有独立卷，相互没有影响。
• statefulset创建出来的Pod，拥有独立域名，我们在指定访问Pod资源时，可以使用域名指定，IP会发生改变，但是域名不会（域名组成：Pod名称svc名称.svc名称空间.svc.cluster.local）