創(chuàng)新互聯(lián)kubernetes教程：KubernetesStatefulSets

StatefulSets

StatefulSet 是用來(lái)管理有狀態(tài)應(yīng)用的工作負(fù)載 API 對(duì)象。

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StatefulSet 用來(lái)管理某 Pod 集合的部署和擴(kuò)縮，并為這些 Pod 提供持久存儲(chǔ)和持久標(biāo)識(shí)符。

和 Deployment 類(lèi)似， StatefulSet 管理基于相同容器規(guī)約的一組 Pod。但和 Deployment 不同的是， StatefulSet 為它們的每個(gè) Pod 維護(hù)了一個(gè)有粘性的 ID。這些 Pod 是基于相同的規(guī)約來(lái)創(chuàng)建的，但是不能相互替換：無(wú)論怎么調(diào)度，每個(gè) Pod 都有一個(gè)永久不變的 ID。

如果希望使用存儲(chǔ)卷為工作負(fù)載提供持久存儲(chǔ)，可以使用 StatefulSet 作為解決方案的一部分。盡管 StatefulSet 中的單個(gè) Pod 仍可能出現(xiàn)故障，但持久的 Pod 標(biāo)識(shí)符使得將現(xiàn)有卷與替換已失敗 Pod 的新 Pod 相匹配變得更加容易。

使用 StatefulSets

StatefulSets 對(duì)于需要滿(mǎn)足以下一個(gè)或多個(gè)需求的應(yīng)用程序很有價(jià)值：

穩(wěn)定的、唯一的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符。
穩(wěn)定的、持久的存儲(chǔ)。
有序的、優(yōu)雅的部署和縮放。
有序的、自動(dòng)的滾動(dòng)更新。

在上面描述中，“穩(wěn)定的”意味著 Pod 調(diào)度或重調(diào)度的整個(gè)過(guò)程是有持久性的。如果應(yīng)用程序不需要任何穩(wěn)定的標(biāo)識(shí)符或有序的部署、刪除或伸縮，則應(yīng)該使用由一組無(wú)狀態(tài)的副本控制器提供的工作負(fù)載來(lái)部署應(yīng)用程序，比如 Deployment 或者 ReplicaSet 可能更適用于你的無(wú)狀態(tài)應(yīng)用部署需要。

限制

給定 Pod 的存儲(chǔ)必須由 PersistentVolume 驅(qū)動(dòng) 基于所請(qǐng)求的 ?storage class? 來(lái)提供，或者由管理員預(yù)先提供。
刪除或者收縮 StatefulSet 并不會(huì)刪除它關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)卷。這樣做是為了保證數(shù)據(jù)安全，它通常比自動(dòng)清除 StatefulSet 所有相關(guān)的資源更有價(jià)值。
StatefulSet 當(dāng)前需要無(wú)頭服務(wù) 來(lái)負(fù)責(zé) Pod 的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)。你需要負(fù)責(zé)創(chuàng)建此服務(wù)。
當(dāng)刪除 StatefulSets 時(shí)，StatefulSet 不提供任何終止 Pod 的保證。為了實(shí)現(xiàn) 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。
在默認(rèn) Pod 管理策略(?OrderedReady?) 時(shí)使用滾動(dòng)更新，可能進(jìn)入需要人工干預(yù) 才能修復(fù)的損壞狀態(tài)。

組件

下面的示例演示了 StatefulSet 的組件。

apiVersion: v1
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 # has to match .spec.template.metadata.labels
  serviceName: "nginx"
  replicas: 3 # by default is 1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx # has to match .spec.selector.matchLabels
    spec:
      terminationGracePeriodSeconds: 10
      containers:
      - name: nginx
        image: K8S.gcr.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：

名為 ?nginx ?的 Headless Service 用來(lái)控制網(wǎng)絡(luò)域名。
名為 ?web ?的 StatefulSet 有一個(gè) Spec，它表明將在獨(dú)立的 3 個(gè) Pod 副本中啟動(dòng) nginx 容器。
?volumeClaimTemplates ?將通過(guò) PersistentVolumes 驅(qū)動(dòng)提供的 PersistentVolumes 來(lái)提供穩(wěn)定的存儲(chǔ)。

StatefulSet 的命名需要遵循DNS 子域名規(guī)范。

Pod選擇算符

你必須設(shè)置 StatefulSet 的 ?.spec.selector? 字段，使之匹配其在 ?.spec.template.metadata.labels? 中設(shè)置的標(biāo)簽。在 Kubernetes 1.8 版本之前，被忽略 ?.spec.selector? 字段會(huì)獲得默認(rèn)設(shè)置值。在 1.8 和以后的版本中，未指定匹配的 Pod 選擇器將在創(chuàng)建 StatefulSet 期間導(dǎo)致驗(yàn)證錯(cuò)誤。

Pod 標(biāo)識(shí)

StatefulSet Pod 具有唯一的標(biāo)識(shí)，該標(biāo)識(shí)包括順序標(biāo)識(shí)、穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)和穩(wěn)定的存儲(chǔ)。該標(biāo)識(shí)和 Pod 是綁定的，不管它被調(diào)度在哪個(gè)節(jié)點(diǎn)上。

有序索引

對(duì)于具有 N 個(gè)副本的 StatefulSet，StatefulSet 中的每個(gè) Pod 將被分配一個(gè)整數(shù)序號(hào)，從 0 到 N-1，該序號(hào)在 StatefulSet 上是唯一的。

穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò) ID

StatefulSet 中的每個(gè) Pod 根據(jù) StatefulSet 的名稱(chēng)和 Pod 的序號(hào)派生出它的主機(jī)名。組合主機(jī)名的格式為?$(StatefulSet 名稱(chēng))-$(序號(hào))?。上例將會(huì)創(chuàng)建三個(gè)名稱(chēng)分別為 ?web-0、web-1、web-2? 的 Pod。 StatefulSet 可以使用無(wú)頭服務(wù) 控制它的 Pod 的網(wǎng)絡(luò)域。管理域的這個(gè)服務(wù)的格式為： ?$(服務(wù)名稱(chēng)).$(命名空間).svc.cluster.local?，其中 ?cluster.local? 是集群域。一旦每個(gè) Pod 創(chuàng)建成功，就會(huì)得到一個(gè)匹配的 DNS 子域，格式為： ?$(pod 名稱(chēng)).$(所屬服務(wù)的 DNS 域名)?，其中所屬服務(wù)由 StatefulSet 的 ?serviceName ?域來(lái)設(shè)定。

取決于集群域內(nèi)部 DNS 的配置，有可能無(wú)法查詢(xún)一個(gè)剛剛啟動(dòng)的 Pod 的 DNS 命名。當(dāng)集群內(nèi)其他客戶(hù)端在 Pod 創(chuàng)建完成前發(fā)出 Pod 主機(jī)名查詢(xún)時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種情況。負(fù)緩存 (在 DNS 中較為常見(jiàn)) 意味著之前失敗的查詢(xún)結(jié)果會(huì)被記錄和重用至少若干秒鐘，即使 Pod 已經(jīng)正常運(yùn)行了也是如此。

如果需要在 Pod 被創(chuàng)建之后及時(shí)發(fā)現(xiàn)它們，有以下選項(xiàng)：

直接查詢(xún) Kubernetes API（比如，利用 watch 機(jī)制）而不是依賴(lài)于 DNS 查詢(xún)
縮短 Kubernetes DNS 驅(qū)動(dòng)的緩存時(shí)長(zhǎng)（通常這意味著修改 CoreDNS 的 ConfigMap，目前緩存時(shí)長(zhǎng)為 30 秒）

正如限制中所述，你需要負(fù)責(zé)創(chuàng)建無(wú)頭服務(wù) 以便為 Pod 提供網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)。

下面給出一些選擇集群域、服務(wù)名、StatefulSet 名、及其怎樣影響 StatefulSet 的 Pod 上的 DNS 名稱(chēng)的示例：

集群域名	服務(wù)（名字空間/名字）	StatefulSet（名字空間/名字）	StatefulSet 域名	Pod DNS	Pod 主機(jī)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}

集群域會(huì)被設(shè)置為 ?cluster.local?，除非有其他配置。

穩(wěn)定的存儲(chǔ)

對(duì)于 StatefulSet 中定義的每個(gè) VolumeClaimTemplate，每個(gè) Pod 接收到一個(gè) PersistentVolumeClaim。在上面的 nginx 示例中，每個(gè) Pod 將會(huì)得到基于 StorageClass ?my-storage-class? 提供的 1 Gib 的 PersistentVolume。如果沒(méi)有聲明 StorageClass，就會(huì)使用默認(rèn)的 StorageClass。當(dāng)一個(gè) Pod 被調(diào)度（重新調(diào)度）到節(jié)點(diǎn)上時(shí)，它的 ?volumeMounts ?會(huì)掛載與其 PersistentVolumeClaims 相關(guān)聯(lián)的 PersistentVolume。請(qǐng)注意，當(dāng) Pod 或者 StatefulSet 被刪除時(shí)，與 PersistentVolumeClaims 相關(guān)聯(lián)的 PersistentVolume 并不會(huì)被刪除。要?jiǎng)h除它必須通過(guò)手動(dòng)方式來(lái)完成。

Pod 名稱(chēng)標(biāo)簽

當(dāng) StatefulSet 控制器（Controller）創(chuàng)建 Pod 時(shí)，它會(huì)添加一個(gè)標(biāo)簽 ?statefulset.kubernetes.io/pod-name?，該標(biāo)簽值設(shè)置為 Pod 名稱(chēng)。這個(gè)標(biāo)簽允許你給 StatefulSet 中的特定 Pod 綁定一個(gè) Service。

部署和擴(kuò)縮保證

對(duì)于包含 N 個(gè) 副本的 StatefulSet，當(dāng)部署 Pod 時(shí)，它們是依次創(chuàng)建的，順序?yàn)?nbsp;?0..N-1?。
當(dāng)刪除 Pod 時(shí)，它們是逆序終止的，順序?yàn)?nbsp;?N-1..0?。
在將縮放操作應(yīng)用到 Pod 之前，它前面的所有 Pod 必須是 Running 和 Ready 狀態(tài)。
在 Pod 終止之前，所有的繼任者必須完全關(guān)閉。

StatefulSet 不應(yīng)將 ?pod.Spec.TerminationGracePeriodSeconds? 設(shè)置為 0。這種做法是不安全的，要強(qiáng)烈阻止。

在上面的 nginx 示例被創(chuàng)建后，會(huì)按照 web-0、web-1、web-2 的順序部署三個(gè) Pod。在 web-0 進(jìn)入 Running 和 Ready 狀態(tài)前不會(huì)部署 web-1。在 web-1 進(jìn)入 Running 和 Ready 狀態(tài)前不會(huì)部署 web-2。如果 web-1 已經(jīng)處于 Running 和 Ready 狀態(tài)，而 web-2 尚未部署，在此期間發(fā)生了 web-0 運(yùn)行失敗，那么 web-2 將不會(huì)被部署，要等到 web-0 部署完成并進(jìn)入 Running 和 Ready 狀態(tài)后，才會(huì)部署 web-2。

如果用戶(hù)想將示例中的 StatefulSet 收縮為 ?replicas=1?，首先被終止的是 web-2。在 web-2 沒(méi)有被完全停止和刪除前，web-1 不會(huì)被終止。當(dāng) web-2 已被終止和刪除、web-1 尚未被終止，如果在此期間發(fā)生 web-0 運(yùn)行失敗，那么就不會(huì)終止 web-1，必須等到 web-0 進(jìn)入 Running 和 Ready 狀態(tài)后才會(huì)終止 web-1。

Pod 管理策略

在 Kubernetes 1.7 及以后的版本中，StatefulSet 允許你放寬其排序保證，同時(shí)通過(guò)它的 ?.spec.podManagementPolicy? 域保持其唯一性和身份保證。

OrderedReady Pod 管理

?OrderedReady ?Pod 管理是 StatefulSet 的默認(rèn)設(shè)置。它實(shí)現(xiàn)了上面描述的功能。

并行 Pod 管理

?Parallel ?Pod 管理讓 StatefulSet 控制器并行的啟動(dòng)或終止所有的 Pod，啟動(dòng)或者終止其他 Pod 前，無(wú)需等待 Pod 進(jìn)入 Running 和 ready 或者完全停止?fàn)顟B(tài)。這個(gè)選項(xiàng)只會(huì)影響伸縮操作的行為，更新則不會(huì)被影響。

更新策略

StatefulSet 的 ?.spec.updateStrategy? 字段讓你可以配置和禁用掉自動(dòng)滾動(dòng)更新 Pod 的容器、標(biāo)簽、資源請(qǐng)求或限制、以及注解。有兩個(gè)允許的值：

OnDelete

當(dāng) StatefulSet 的 ?.spec.updateStrategy.type? 設(shè)置為 ?OnDelete ?時(shí)，它的控制器將不會(huì)自動(dòng)更新 StatefulSet 中的 Pod。用戶(hù)必須手動(dòng)刪除 Pod 以便讓控制器創(chuàng)建新的 Pod，以此來(lái)對(duì) StatefulSet 的 ?.spec.template? 的變動(dòng)作出反應(yīng)。

RollingUpdate

?RollingUpdate ?更新策略對(duì) StatefulSet 中的 Pod 執(zhí)行自動(dòng)的滾動(dòng)更新。這是默認(rèn)的更新策略。

滾動(dòng)更新

當(dāng) StatefulSet 的 ?.spec.updateStrategy.type? 被設(shè)置為 ?RollingUpdate ?時(shí)， StatefulSet 控制器會(huì)刪除和重建 StatefulSet 中的每個(gè) Pod。它將按照與 Pod 終止相同的順序（從最大序號(hào)到最小序號(hào)）進(jìn)行，每次更新一個(gè) Pod。

Kubernetes 控制面會(huì)等到被更新的 Pod 進(jìn)入 Running 和 Ready 狀態(tài)，然后再更新其前身。如果你設(shè)置了 ?.spec.minReadySeconds?（查看最短就緒秒數(shù)），控制面在 Pod 就緒后會(huì)額外等待一定的時(shí)間再執(zhí)行下一步。

分區(qū)滾動(dòng)更新

通過(guò)聲明 ?.spec.updateStrategy.rollingUpdate.partition? 的方式，?RollingUpdate ?更新策略可以實(shí)現(xiàn)分區(qū)。如果聲明了一個(gè)分區(qū)，當(dāng) StatefulSet 的 ?.spec.template? 被更新時(shí)，所有序號(hào)大于等于該分區(qū)序號(hào)的 Pod 都會(huì)被更新。所有序號(hào)小于該分區(qū)序號(hào)的 Pod 都不會(huì)被更新，并且，即使他們被刪除也會(huì)依據(jù)之前的版本進(jìn)行重建。如果 StatefulSet 的 ?.spec.updateStrategy.rollingUpdate.partition? 大于它的 ?.spec.replicas?，對(duì)它的 ?.spec.template? 的更新將不會(huì)傳遞到它的 Pod。在大多數(shù)情況下，你不需要使用分區(qū)，但如果你希望進(jìn)行階段更新、執(zhí)行金絲雀或執(zhí)行分階段上線(xiàn)，則這些分區(qū)會(huì)非常有用。

強(qiáng)制回滾

在默認(rèn) Pod 管理策略(?OrderedReady?) 下使用滾動(dòng)更新，可能進(jìn)入需要人工干預(yù)才能修復(fù)的損壞狀態(tài)。

如果更新后 Pod 模板配置進(jìn)入無(wú)法運(yùn)行或就緒的狀態(tài)（例如，由于錯(cuò)誤的二進(jìn)制文件或應(yīng)用程序級(jí)配置錯(cuò)誤），StatefulSet 將停止回滾并等待。

在這種狀態(tài)下，僅將 Pod 模板還原為正確的配置是不夠的。由于已知問(wèn)題，StatefulSet 將繼續(xù)等待損壞狀態(tài)的 Pod 準(zhǔn)備就緒（永遠(yuǎn)不會(huì)發(fā)生），然后再?lài)L試將其恢復(fù)為正常工作配置。

恢復(fù)模板后，還必須刪除 StatefulSet 嘗試使用錯(cuò)誤的配置來(lái)運(yùn)行的 Pod。這樣， StatefulSet 才會(huì)開(kāi)始使用被還原的模板來(lái)重新創(chuàng)建 Pod。

最短就緒秒數(shù)

FEATURE STATE: Kubernetes v1.22 [alpha]

?.spec.minReadySeconds? 是一個(gè)可選字段，用于指定新創(chuàng)建的 Pod 就緒（沒(méi)有任何容器崩潰）后被認(rèn)為可用的最小秒數(shù)。默認(rèn)值是 0（Pod 就緒時(shí)就被認(rèn)為可用）。

請(qǐng)注意只有當(dāng)你啟用 ?StatefulSetMinReadySeconds ?特性門(mén)控時(shí)，該字段才會(huì)生效。

文章題目：創(chuàng)新互聯(lián)kubernetes教程：KubernetesStatefulSets
本文鏈接：http://uogjgqi.cn/article/dhpcjoc.html

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