kubernets/kubernetes-MD/kubernetes工作负载资源StatefulSet.md

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<h1><center>kubernetes工作负载资源StatefulSet</center></h1>
------
## 一StatefulSet
StatefulSet 是用来管理有状态应用的工作负载 API 对象StatefulSet 用来管理某 [Pod](https://kubernetes.io/docs/concepts/workloads/pods/pod-overview/) 集合的部署和扩缩, 并为这些 Pod 提供持久存储和持久标识符;和 [Deployment](https://kubernetes.io/zh/docs/concepts/workloads/controllers/deployment/) 类似, StatefulSet 管理基于相同容器规约的一组 Pod。但不同的是 StatefulSet 为它们的每个 Pod 维护了一个有粘性的 ID。这些 Pod 是基于相同的规约来创建的, 但是不能相互替换:无论怎么调度,每个 Pod 都有一个永久不变的 ID。
使用存储卷为工作负载提供持久存储,可以使用 StatefulSet 作为解决方案的一部分。 尽管 StatefulSet 中的单个 Pod 仍可能出现故障, 但持久的 Pod 标识符使得将现有卷与替换已失败 Pod 的新 Pod 相匹配变得更加容易。
#### 1.特点
StatefulSets 对于需要满足以下一个或多个需求的应用程序很有价值:
稳定的、唯一的网络标识符
稳定的、持久的存储
有序的、优雅的部署和缩放
有序的、自动的滚动更新
稳定的意味着 Pod 调度或重调度的整个过程是有持久性的。 如果应用程序不需要任何稳定的标识符或有序的部署、删除或伸缩,则应该使用 由一组无状态的副本控制器提供的工作负载来部署应用程序比如Deployment或者ReplicaSet 可能更适用于你的无状态应用部署需要。
#### 2.限制
给定 Pod 的存储必须由 [PersistentVolume 驱动](https://github.com/kubernetes/examples/tree/master/staging/persistent-volume-provisioning/README.md) 基于所请求的 `storage class` 来提供,或者由管理员预先提供
删除或者收缩 StatefulSet 并不会删除它关联的存储卷。 这样做是为了保证数据安全
StatefulSet 当前需要无头服务来负责 Pod 的网络标识。你需要负责创建此服务
当删除 StatefulSets 时StatefulSet 不提供任何终止 Pod 的保证
为了实现 StatefulSet 中的 Pod 可以有序地且体面地终止,可以在删除之前将 StatefulSet 缩放为 0
注意:
无头服务Headless Services
有时不需要或不想要负载均衡,以及单独的 Service IP。 遇到这种情况,可以通过指定 Cluster IP`spec.clusterIP`)的值为 `"None"` 来创建 `Headless` Service。
使用无头 Service 与其他服务发现机制进行接口,而不必与 Kubernetes 的实现捆绑在一起
无头 Service 并不会分配 Cluster IPkube-proxy 不会处理它们, 而且平台也不会为它们进行负载均衡和路由。 DNS 如何实现自动配置,依赖于 Service 是否定义了选择算符。
#### 3.创建StatefulSet
```shell
[root@master xingdian]# cat Statefulset.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: nginx
labels:
app: nginx
spec:
type: NodePort
ports:
- port: 80
name: web
targetPort: 80
nodePort: 30010
selector:
app: nginx
---
apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
name: xingdian
provisioner: example.com/external-nfs
parameters:
server: 10.0.0.230
path: /kubernetes-1
readOnly: "false"
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
name: xingdian-1
spec:
capacity:
storage: 1Gi
volumeMode: Filesystem
accessModes:
- ReadWriteOnce
storageClassName: xingdian
nfs:
path: /kubernetes-1
server: 10.0.0.230
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
name: xingdian-2
spec:
capacity:
storage: 1Gi
volumeMode: Filesystem
accessModes:
- ReadWriteOnce
storageClassName: xingdian
nfs:
path: /kubernetes-1
server: 10.0.0.230
---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
name: web
spec:
selector:
matchLabels:
app: nginx
serviceName: "nginx"
replicas: 2
template:
metadata:
labels:
app: nginx
spec:
terminationGracePeriodSeconds: 10
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.20.1
ports:
- containerPort: 80
name: web
volumeMounts:
- name: www
mountPath: /usr/share/nginx/html
volumeClaimTemplates:
- metadata:
name: www
spec:
accessModes: [ "ReadWriteOnce" ]
storageClassName: "xingdian"
resources:
requests:
storage: 1Gi
```
名为 `nginx` 的 Headless Service 用来控制网络域名
名为 `web` 的 StatefulSet 有一个 Spec它表明将在独立的2个 Pod 副本中启动 nginx 容器
`volumeClaimTemplates` 将通过 PersistentVolumes 驱动提供的 [PersistentVolumes](https://kubernetes.io/zh/docs/concepts/storage/persistent-volumes/) 来提供稳定的存储
#### 4.Pod 选择算符
你必须设置 StatefulSet 的 `.spec.selector` 字段,使之匹配其在 `.spec.template.metadata.labels` 中设置的标签。在 Kubernetes 1.8 版本之前, 被忽略 `.spec.selector` 字段会获得默认设置值。 在 1.8 和以后的版本中,未指定匹配的 Pod 选择器将在创建 StatefulSet 期间导致验证错误。
#### 5.Pod 标识
StatefulSet Pod 具有唯一的标识,该标识包括顺序标识、稳定的网络标识和稳定的存储。 该标识和 Pod 是绑定的,不管它被调度在哪个节点上。
#### 6.有序索引
对于具有 N 个副本的 StatefulSetStatefulSet 中的每个 Pod 将被分配一个整数序号, 从 0 到 N-1该序号在 StatefulSet 上是唯一的。
#### 7.稳定的网络 ID
StatefulSet 中的每个 Pod 根据 StatefulSet 的名称和 Pod 的序号派生出它的主机名。 组合主机名的格式为`$(StatefulSet 名称)-$(序号)`。 上例将会创建三个名称分别为 `web-0、web-1、web-2` 的 Pod。
StatefulSet 可以使用无头服务 控制它的 Pod 的网络域。管理域的这个服务的格式为: `$(服务名称).$(命名空间).svc.cluster.local`,其中 `cluster.local` 是集群域。 一旦每个 Pod 创建成功,就会得到一个匹配的 DNS 子域,格式为: `$(pod 名称).$(所属服务的 DNS 域名)`,其中所属服务由 StatefulSet 的 `serviceName` 域来设定。
```
$(pod name).$(service name).$(namespace).svc.cluster.local
```
取决于集群域内部 DNS 的配置,有可能无法查询一个刚刚启动的 Pod 的 DNS 命名。 当集群内其他客户端在 Pod 创建完成前发出 Pod 主机名查询时,就会发生这种情况。 负缓存 (在 DNS 中较为常见) 意味着之前失败的查询结果会被记录和重用至少若干秒钟, 即使 Pod 已经正常运行了也是如此。
如果需要在 Pod 被创建之后及时发现它们,有以下选项:
直接查询 Kubernetes API比如利用 watch 机制)而不是依赖于 DNS 查询
缩短 Kubernetes DNS 驱动的缓存时长(通常这意味着修改 CoreDNS 的 ConfigMap目前缓存时长为 30 秒)
| 集群域名 | 服务(名字空间/名字) | StatefulSet名字空间/名字) | StatefulSet 域名 | Pod DNS | Pod 主机名 |
| ------------- | --------------------- | ---------------------------- | ------------------------------- | -------------------------------------------- | ------------ |
| cluster.local | default/nginx | default/web | nginx.default.svc.cluster.local | web-{0..N-1}.nginx.default.svc.cluster.local | web-{0..N-1} |
| cluster.local | foo/nginx | foo/web | nginx.foo.svc.cluster.local | web-{0..N-1}.nginx.foo.svc.cluster.local | web-{0..N-1} |
| kube.local | foo/nginx | foo/web | nginx.foo.svc.kube.local | web-{0..N-1}.nginx.foo.svc.kube.local | web-{0..N-1} |
#### 8.稳定的存储
对于 StatefulSet 中定义的每个 VolumeClaimTemplate每个 Pod 接收到一个 PersistentVolumeClaim。在上面的 nginx 示例中,每个 Pod 将会得到基于 StorageClass `my-storage-class` 提供的 1 Gib 的 PersistentVolume。 如果没有声明 StorageClass就会使用默认的 StorageClass。 当一个 Pod 被调度(重新调度)到节点上时,它的 `volumeMounts` 会挂载与其 PersistentVolumeClaims 相关联的 PersistentVolume。 请注意,当 Pod 或者 StatefulSet 被删除时,与 PersistentVolumeClaims 相关联的 PersistentVolume 并不会被删除。要删除它必须通过手动方式来完成。
#### 9.部署和扩缩保证
对于包含 N 个 副本的 StatefulSet当部署 Pod 时,它们是依次创建的,顺序为 `0..N-1`
当删除 Pod 时,它们是逆序终止的,顺序为 `N-1..0`
在将缩放操作应用到 Pod 之前,它前面的所有 Pod 必须是 Running 和 Ready 状态
在 Pod 终止之前,所有的继任者必须完全关闭
注意:
StatefulSet 不应将 `pod.Spec.TerminationGracePeriodSeconds` 设置为 0;参数指定Kubernetes在强制终止pod之前等待pod正常终止的时间。 这种做法是不安全的,要强烈阻止。
在上面的 nginx 示例被创建后,会按照 web-0、web-1 的顺序部署2个 Pod。 在 web-0 进入Running 和 Ready状态前不会部署 web-1。要等到 web-0 部署完成并进入 Running 和 Ready 状态后,才会部署 web-1。
如果用户想将示例中的 StatefulSet 收缩为 `replicas=1`,首先被终止的是 web-1。 在 web-1没有被完全停止和删除前如果在此期间发生 web-0 运行失败, 那么就不会终止 web-1必须等到 web-0 进入 Running 和 Ready 状态后才会终止 web-1。