入門Kubernetes-StatefulSets

chaney1992發表於2021-08-22

前言：

　前面文中對通過DaemonSet、儲存資源物件，實現了在指定節點中執行一個守護程式。

　在真實的業務場景中，部署的服務都是有狀態的、且有資料需要持久化的；那麼如何實現呢？

　那麼接下來學習一種更加重要的資源——StatefulSets。

一、StatefulSets 介紹

　　StatefulSet 是用來管理有狀態應用的工作負載 API 物件。

　　StatefulSet 用來管理某 Pod 集合的部署和擴縮， 併為這些 Pod 提供持久儲存和持久識別符號。

　　與Deployment 類似，StatefulSet 管理基於相同容器規約的一組 Pod。但和 Deployment 不同的是，StatefulSet 為它們的每個 Pod 維護了一個有粘性的ID。這些 Pod 是基於相同的規約來建立的，但是不能相互替換：無論怎麼排程，每個 Pod 都有一個永久不變的 ID。

　　如果希望使用儲存卷為工作負載提供持久儲存，可以使用 StatefulSet 作為解決方案的一部分。 儘管 StatefulSet 中的單個 Pod 仍可能出現故障， 但持久的 Pod 識別符號使得將現有卷與替換已失敗 Pod 的新 Pod 相匹配變得更加容易。

　應用場景：

·　StatefulSets 對於需要滿足以下一個或多個需求的應用程式很有價值：

  • 穩定的、唯一的網路識別符號。
  • 穩定的、持久的儲存。
  • 有序的、優雅的部署和縮放。
  • 有序的、自動的滾動更新。

　使用限制：

  • 給定 Pod 的儲存必須由 PersistentVolume 驅動 基於所請求的 storage class 來提供，或者由管理員預先提供。
  • 刪除或者收縮 StatefulSet 並不會刪除它關聯的儲存卷。 這樣做是為了保證資料安全，它通常比自動清除 StatefulSet 所有相關的資源更有價值。
  • StatefulSet 當前需要無頭服務 來負責 Pod 的網路標識。你需要負責建立此服務。
  • 當刪除 StatefulSets 時，StatefulSet 不提供任何終止 Pod 的保證。 為了實現 StatefulSet 中的 Pod 可以有序地且體面地終止，可以在刪除之前將 StatefulSet 縮放為 0。
  • 在預設 Pod 管理策略(OrderedReady) 時使用 滾動更新，可能進入需要人工干預 才能修復的損壞狀態

二、StatefulSets使用方式

  • 建立StatefulSets

　　　建立StatefulSets的yaml格式：

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet #StatefulSet型別
metadata:
  name: web #StatefulSet 名稱
spec:
  #service名稱
  serviceName: "nginx"
  #Pod數量
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  #Pod定義
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      #容器設定
      containers:
        - name: nginx
          #映象名稱
          image: nginx:1.9.6
          ports:
            - containerPort: 80
              name: web
          volumeMounts:
            #持久化儲存名稱
            - name: www
              mountPath: /usr/share/nginx/html
  #持久化儲存定義
  volumeClaimTemplates:
    - metadata:
        #名稱
        name: www
      spec:
        #訪問方式
        accessModes: ["ReadWriteOnce"]
        #資源定義
        resources:
          requests:
            storage: 1Gi

　　應用該yaml後Pod建立順序如下：

>>kubectl apply -f web.yaml
service/nginx created
statefulset apps/web created

>>kubectl get pods -w -l app=nginx
NAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGE
web-0   0/1     Pending       0          0s
web-0   0/1     Pending       0          0s
web-0   0/1     ContainerCreating   0          1s
web-0   1/1     Running             0          3s
web-1   0/1     Pending             0          0s
web-1   0/1     Pending             0          0s
web-1   0/1     ContainerCreating   0          0s
web-1   1/1     Running             0          2s

　　可見：StatefulSets中Pod順序建立成功。　　

　　再檢視下Nginx中持久化儲存資源：

kubectl get pvc -l app=nginx
NAME        STATUS   VOLUME                                     CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
www-web-0   Bound    pvc-c431e9d6-0dba-4c1d-ba83-b9f1d5b8824a   1Gi        RWO            standard       137m
www-web-1   Bound    pvc-58070d7f-9fec-4e28-b77b-b15fdf30c965   1Gi        RWO            standard       124m

  • 擴容/縮容StatefulSets

　　　StatefulSet策略：

    • 對於包含 N 個 副本的 StatefulSet，當部署 Pod 時，它們是依次建立的，順序為 0..N-1。
    • 當刪除 Pod 時，它們是逆序終止的，順序為 N-1..0。
    • 在將縮放操作應用到 Pod 之前，它前面的所有 Pod 必須是 Running 和 Ready 狀態。
    • 在 Pod 終止之前，所有的繼任者必須完全關閉。

 　　　擴容：StatefulSet 按序號索引順序的建立每個 Pod，並且會等待前一個 Pod 變為 Running 和 Ready 才會啟動下一個 Pod

#擴容Pod數量為4
>>kubectl scale sts web --replicas=4
statefulset.apps/web scaled

#檢視pod變化
>>kubectl get pods -w -l app=nginx
NAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGE
web-0   1/1     Running   0          53m
web-1   1/1     Running   0          53m
web-2   0/1     Pending   0          0s
web-2   0/1     Pending   0          0s
web-2   0/1     Pending   0          3s
web-2   0/1     ContainerCreating   0          3s
web-2   1/1     Running             0          6s
web-3   0/1     Pending             0          0s
web-3   0/1     Pending             0          0s
web-3   0/1     Pending             0          2s
web-3   0/1     ContainerCreating   0          2s
web-3   1/1     Running             0          4s　　　　

　　　 縮容：會按照與 Pod 序號索引相反的順序每次刪除一個 Pod。在刪除下一個 Pod 前會等待上一個被完全關閉

#縮容為2個pod
>>kubectl scale -n default statefulset web --replicas=2

#檢視Pod變化：
>>kubectl get pods -w -l app=nginx
NAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGE
web-0   1/1     Running   0          59m
web-1   1/1     Running   0          59m
web-2   1/1     Running   0          4m30s
web-3   1/1     Running   0          4m24s
web-3   1/1     Terminating   0          7m23s
web-3   0/1     Terminating   0          7m24s
web-3   0/1     Terminating   0          7m25s
web-3   0/1     Terminating   0          7m25s
web-2   1/1     Terminating   0          7m31s
web-2   0/1     Terminating   0          7m32s
web-2   0/1     Terminating   0          7m33s
web-2   0/1     Terminating   0          7m33s

　　　注意：擴容時會根據設定自動建立久化儲存資源(PVC)並關聯到Pod，當縮容時，PVC不會同步刪除。當再次擴容時；會自動繫結到之前的PVC上。　　　

  • StatefulSets更新策略

　　　更新策略由 StatefulSet API Object 的spec.updateStrategy 欄位決定。這個特效能夠用來更新一個 StatefulSet 中的 Pod 的 container images，resource requests，以及 limits，labels 和 annotations。 RollingUpdate滾動更新是 StatefulSets 預設策略。

　　　OnDelete：當 StatefulSet 的 .spec.updateStrategy.type 設定為 OnDelete 時，它的控制器將不會自動更新 StatefulSet 中的 Pod。 使用者必須手動刪除 Pod 以便讓控制器建立新的 Pod，以此來對 StatefulSet 的 .spec.template 的變動作出反應

　　　滾動更新：RollingUpdate 更新策略對 StatefulSet 中的 Pod 執行自動的滾動更新。 在沒有宣告 .spec.updateStrategy 時，RollingUpdate 是預設配置。 當 StatefulSet 的 .spec.updateStrategy.type 被設定為 RollingUpdate 時， StatefulSet 控制器會刪除和重建 StatefulSet 中的每個 Pod。 它將按照與 Pod 終止相同的順序（從最大序號到最小序號）進行，每次更新一個 Pod。 它會等到被更新的 Pod 進入 Running 和 Ready 狀態，然後再更新前一個

  • StatefulSets刪除

　　　StatefulSet 同時支援級聯和非級聯刪除。使用非級聯方式刪除 StatefulSet 時，StatefulSet 的 Pod 不會被刪除。使用級聯刪除時，StatefulSet 和它的 Pod 都會被刪除。

　　　StatefulSet 永遠不會刪除和一個 Pod 相關聯的 PersistentVolumes。 當你重建這個 StatefulSet 並且重新啟動了Pod時，它原本的 PersistentVolume 會被重新掛載

　　　非級聯刪除：Pod不會刪除

#非級聯刪除statefulset
kubectl delete statefulset web --cascade=orphan

　　　　檢視狀態：Pod資訊，所有Pod依舊執行

　　　級聯刪除：StatefulSet 和它的 Pod 都會被刪除

#級聯刪除
kubectl delete statefulset web

　　　　檢視狀態：Pod逐步從Pod1->Pod0刪除　　　　　　

三、總結

 　StatefulSet 是一種較常用的資源型別，能夠穩定、有序的部署和擴縮Pod集合， 併為這些 Pod 提供持久儲存和持久識別符號。　

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