K8S 无状态应用&有状态应用

在Kubernetes(简称K8S)中,无状态应用(Stateless Applications)和有状态应用(Stateful Applications)是描述应用行为和架构的两个重要概念,它们对于如何设计、部署和管理应用程序在Kubernetes集群中的行为至关重要。以下是关于这两种应用类型的详细解释:

一、无状态应用(Stateless Applications)

定义:
无状态应用是指那些不依赖于任何特定实例状态的应用程序。这意味着无论何时何地启动应用实例,它们都能以相同的方式运行,并且不依赖于之前的执行状态。
特点:
1. 可替换性:实例之间没有区别,任何一个实例都可以被另一个完全相同的实例替换。
2. 可扩展性:可以根据负载轻松地增加或减少实例的数量。
3. 无持久性存储:不依赖于本地存储,所有数据都存储在外部存储系统中,如数据库或对象存储。
4. 易于管理:由于无状态应用的特性,它们通常更容易在Kubernetes中部署、扩展和管理。
部署方式:
无状态应用通常通过Deployment和ReplicaSet来管理。这些资源确保了应用的副本数量始终符合期望的状态,并且可以根据需要进行自动扩展或缩减。

二、有状态应用(Stateful Applications)

定义:
有状态应用则是指那些需要维护和跟踪状态的应用程序。这些状态可能包括用户会话信息、应用配置、数据库记录等。
特点:
1. 状态持久性:应用需要在多个周期内保持状态信息。
2. 顺序性:实例的创建和删除通常是有序的,不能随意替换。
3. 唯一性:每个实例通常有唯一的标识,如数据库的主节点或从节点。
4. 持久化存储:需要持久化存储卷来保存状态信息,以确保数据的一致性和可恢复性。
部署方式:
有状态应用在Kubernetes中通过StatefulSet来管理。StatefulSet会跟踪每个Pod的状态,并确保它们有序地部署和删除,同时提供稳定的存储和网络标识符。此外,还需要配置持久卷(PersistentVolume)和持久卷声明(PersistentVolumeClaim)来管理数据的持久化存储。

三、部署流程对比

步骤 无状态应用 有状态应用
1 创建Deployment 创建StatefulSet
2 定义Pod模板 定义Pod模板
3 定义Service 定义Headless Service
4 暴露Service 暴露Headless Service
5 部署应用 部署应用
6 扩展应用 扩展应用

四、样例

1. 无状态应用

无状态应用的一个典型例子是Web前端应用或微服务中的某些组件,这些应用不保存任何状态到本地存储,所有的状态都保存在外部系统(如数据库、缓存等)中。

  1. 创建Dockerfile
    首先,你需要创建一个Dockerfile来定义你的应用镜像。例如,如果你的应用是一个简单的Node.js应用,Dockerfile可能如下所示:
FROM node:14  
WORKDIR /app  
COPY . /app  
RUN npm install  
CMD ["node", "app.js"]
  1. 构建并推送镜像
    使用Docker命令构建并推送你的镜像到容器仓库(如Docker Hub、阿里云容器镜像服务等)。
docker build -t your-registry/hello-world:latest .  
docker push your-registry/hello-world:latest
  1. 创建Deployment
    在Kubernetes中,使用Deployment资源来管理无状态应用的副本。创建一个YAML文件(如hello-world-deployment.yaml)来定义Deployment:
apiVersion: apps/v1  
kind: Deployment  
metadata:  
  name: hello-world-deployment  
spec:  
  replicas: 3  
  selector:  
    matchLabels:  
      app: hello-world  
  template:  
    metadata:  
      labels:  
        app: hello-world  
    spec:  
      containers:  
      - name: hello-world  
        image: your-registry/hello-world:latest  
        ports:  
        - containerPort: 80
  1. 创建Service
    创建一个Service资源来暴露Deployment中的Pod,使得外部可以访问这些Pod。创建一个YAML文件(如hello-world-service.yaml)来定义Service:
apiVersion: v1  
kind: Service  
metadata:  
  name: hello-world-service  
spec:  
  type: LoadBalancer  
  selector:  
    app: hello-world  
  ports:  
  - port: 80  
    targetPort: 80
  1. 部署应用到K8S集群
    使用kubectl命令将Deployment和Service应用到K8S集群中:
kubectl apply -f hello-world-deployment.yaml  
kubectl apply -f hello-world-service.yaml
  1. 验证部署
    使用kubectl命令查看Deployment、Pods和Service的状态,确保一切正常运行:
kubectl get deployments  
kubectl get pods  
kubectl get services

2. 有状态应用

有状态应用的一个典型例子是数据库服务,如MySQL或PostgreSQL。这些服务需要保存数据到本地存储,并且每个实例都有其独特的状态。

  1. 创建PersistentVolume
    首先,需要创建一个PersistentVolume(PV)来提供持久化存储。
apiVersion: v1  
kind: PersistentVolume  
metadata:  
  name: mysql-pv  
spec:  
  capacity:  
    storage: 10Gi  
  accessModes:  
    - ReadWriteOnce  
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain  
  storageClassName: manual  
  hostPath:  
    path: "/mnt/data"
  1. 创建PersistentVolumeClaim
    然后,创建一个PersistentVolumeClaim(PVC)来请求PV。
apiVersion: v1  
kind: PersistentVolumeClaim  
metadata:  
  name: mysql-pvc  
spec:  
  accessModes:  
    - ReadWriteOnce  
  resources:  
    requests:  
      storage: 10Gi  
  storageClassName: manual
  1. 创建StatefulSet
    使用StatefulSet来部署MySQL服务,并挂载PVC。
apiVersion: apps/v1  
kind: StatefulSet  
metadata:  
  name: mysql  
spec:  
  serviceName: "mysql"  
  replicas: 1  
  selector:  
    matchLabels:  
      app: mysql  
  template:  
    metadata:  
      labels:  
        app: mysql  
    spec:  
      containers:  
      -

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