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"]

2. 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

3. 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

4. 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

5. 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

6. 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"

2. 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

3. 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:  
      -