Kubernetes StatefulSet介绍
kubernetes基本概念和术语
在Kubernetes系统中，Pod的管理对象RC、Deployment、DaemonSet和Job都是面向无状态的服务。但现实中有很多服务是有状态的，特别是一些复杂的中间件集群，例如MySQL集群、MongoDB集群、Kafka集群、Zookeeper集群等。
这些应用集群有以下一些共同点：
- 每个节点都有固定的身份ID，通过这个ID，集群中的成员可以相互发现并且通信。
- 集群的规模是比较固定的，集群规模不能随意变动。
- 集群里的每个节点都是有状态的，通常会持久化数据到永久存储中。
- 如果磁盘损坏，则集群里的某个节点无法正常运行，集群功能受损。
如果用 RC/Deployment 控制 Pod 副本数的方式来实现上述有状态的集群，则我们会发现第一点是无法满足的，因为Pod的名字是随机产生的，Pod的IP地址也是在运行期才确定且可能有变动的，我们事先无法为每个Pod确定唯一不变的ID，为了能够在其他节点上恢复某个失败的节点，这种集群中的Pod需要挂接某种共享存储，为了解决这个问题，Kubernetes从v1.4版本开始引入了PetSet这个新的资源对象，并且在v1.5版本时更名为StatefulSet，StatefulSet从本质上来说，可以看作 Deployment/RC 的一个特殊变种，它有如下一些特性。
StatefulSet里的每个Pod都有稳定、唯一的网络标识，可以用来发现集群内的其他成员。假设StatefulSet的名字叫kafka，那么第一个Pod叫
kafak-0，第二个Pod叫kafak-1，第三个叫kafka-2，以此类推。StatefulSet控制的Pod副本的启停顺序是受控的，操作第n个Pod时，前n-1个Pod已经时运行且准备好的状态。
StatefulSet里的Pod采用稳定的持久化存储卷，通过 PV/PVC 来实现，删除Pod时默认不会删除与StatefulSet相关的存储卷（为了保证数据的安全）。
StatefulSet除了要与PV卷捆绑使用以存储Pod的状态数据，还要与Headless Service（无头服务）配合使用，即在每个StatefulSet的定义中要声明它属于哪个Headless Service。Headless Service与普通Service的关键区别在于，它没有Cluster IP，如果解析Headless Service的DNS域名，则返回的是该Service对应的全部Pod的Endpoint列表。StatefulSet在Headless Service的基础上又为StatefulSet控制的每个Pod实例创建了一个DNS域名，这个域名的格式为：
$(podname).$(headless service name)
比如一个3节点的 StatefulSet 集群，对应的 Headless Service 的名字为nginx，StatefulSet的名字为web，则 StatefulSet 里面的 3 个 Pod 的 DNS 名称分别为web-0.nginx、web-1.nginx、web-2.nginx，这些DNS名称可以直接在集群的配置文件中固定下来。
示例
kind: Service
metadata:
name: nginx
labels:
app: nginx
spec:
ports:
- port: 80
name: web
clusterIP: None
selector:
app: nginx
---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
name: web
spec:
selector:
matchLabels:
app: nginx # 必须匹配 .spec.template.metadata.labels
serviceName: "nginx"
replicas: 3 # 默认值是 1
minReadySeconds: 10 # 默认值是 0
template:
metadata:
labels:
app: nginx # 必须匹配 .spec.selector.matchLabels
spec:
terminationGracePeriodSeconds: 10
containers:
- name: nginx
image: registry.k8s.io/nginx-slim:0.8
ports:
- containerPort: 80
name: web
volumeMounts:
- name: www
mountPath: /usr/share/nginx/html
volumeClaimTemplates:
- metadata:
name: www
spec:
accessModes: [ "ReadWriteOnce" ]
storageClassName: "my-storage-class"
resources:
requests:
storage: 1Gi
上述例子中：
- 名为
nginx的 Headless Service 用来控制网络域名。 volumeClaimTemplates提供存储。
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。
在将扩缩操作应用到 Pod 之前，它前面的所有 Pod 必须是 Running 和 Ready 状态。
在一个 Pod 终止之前，所有的继任者必须完全关闭。
StatefulSet 不应将 pod.Spec.TerminationGracePeriodSeconds 设置为 0。 这种做法是不安全的。
在上面的 nginx 示例被创建后，会按照 web-0、web-1、web-2 的顺序部署三个 Pod。 在 web-0 进入 Running 和 Ready 状态前不会部署 web-1。在 web-1 进入 Running 和 Ready 状态前不会部署 web-2。 如果 web-1 已经处于 Running 和 Ready 状态，而 web-2 尚未部署，在此期间发生了 web-0 运行失败，那么 web-2 将不会被部署，要等到 web-0 部署完成并进入 Running 和 Ready 状态后，才会部署 web-2。
如果用户想将示例中的 StatefulSet 扩缩为 replicas=1，首先被终止的是 web-2。 在 web-2 没有被完全停止和删除前，web-1 不会被终止。 当 web-2 已被终止和删除、web-1 尚未被终止，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。
Pod 管理策略
StatefulSet 允许你放宽其排序保证，通过 .spec.podManagementPolicy 来设置。
顺序 Pod 管理
podManagementPolicy: "OrderedReady"是默认设置。它保证了Pod顺序。并行 Pod 管理
podManagementPolicy: "Parallel"让 StatefulSet 控制器并行的启动或终止所有的 Pod，启动或者终止其他 Pod 前，无需等待 Pod 进入 Running 和 ready 或者完全停止状态。 这个选项只会影响扩缩操作的行为，更新不会被影响。
更新策略
StatefulSet 的 .spec.updateStrategy 字段让你可以配置和禁用掉自动滚动更新 Pod 的容器、标签、资源请求或限制、以及注解。有两个允许的值：
OnDelete
当 StatefulSet 的.spec.updateStrategy.type设置为 OnDelete 时， 它的控制器将不会自动更新 StatefulSet 中的 Pod。 用户必须手动删除 Pod 以便让控制器创建新的 Pod。RollingUpdate
RollingUpdate 更新策略对 StatefulSet 中的 Pod 执行自动的滚动更新。这是默认的更新策略。
最大不可用 Pod
特性状态： Kubernetes v1.24
你可以通过指定 .spec.updateStrategy.rollingUpdate.maxUnavailable 字段来控制更新期间不可用的 Pod 的最大数量。 该值可以是绝对值（例如，“5”）或者是期望 Pod 个数的百分比（例如，10%）。 绝对值是根据百分比值四舍五入计算的。 该字段不能为 0。默认设置为 1。
该字段适用于 0 到 replicas - 1 范围内的所有 Pod。 如果在 0 到 replicas - 1 范围内存在不可用 Pod，这类 Pod 将被计入 maxUnavailable 值。