StatefulSet控制器

1、概念

StatefulSet是为了管理有状态服务的问题而设计的

有状态服务？

StatefulSet是有状态的集合，管理有状态的服务，它所管理的Pod的名称不能随意变化。数据持久化的目录也是不一样，每一个Pod都有自己独有的数据持久化存储目录。比如MySQL主从、redis集群等。

无状态服务？

RC、Deployment、DaemonSet都是管理无状态的服务，它们所管理的Pod的IP、名字，启停顺序等都是随机的。个体对整体无影响，所有pod都是共用一个数据卷的，部署的tomcat就是无状态的服务，tomcat被删除，在启动一个新的tomcat，加入到集群即可，跟tomcat的名字无关。

2、组成

Headless Service：用来定义pod网路标识，生成可解析的DNS记录
volumeClaimTemplates：存储卷申请模板，创建pvc，指定pvc名称大小，自动创建pvc，且pvc由存储类供应。
StatefulSet：管理pod的

什么是Headless service?

Headless service不分配clusterIP，headless service可以通过解析service的DNS,返回所有Pod的dns和ip地址 (statefulSet部署的Pod才有DNS)，普通的service,只能通过解析service的DNS返回service的ClusterIP。

在使用Deployment时，创建的Pod名称是没有顺序的，是随机字符串，在用statefulset管理pod时要求pod名称必须是有序的，每一个pod不能被随意取代，pod重建后pod名称还是一样的。因为pod IP是变化的，所以要用Pod名称来识别。pod名称是pod唯一性的标识符，必须持久稳定有效。这时候要用到无头服务，它可以给每个Pod一个唯一的名称。

headless service会为service分配一个域名

.$.svc.cluster.local

K8s中资源的全局FQDN格式:
　Service_NAME.NameSpace_NAME.Domain.LTD.
　Domain.LTD.=svc.cluster.local.　　　　 ##这是默认k8s集群的域名。

FQDN 全称 Fully Qualified Domain Name

即全限定域名：同时带有主机名和域名的名称

FQDN = Hostname + DomainName

如主机名是 xianchao

域名是 baidu.com

FQDN= xianchao.baidu.com

2.StatefulSet会为关联的Pod保持一个不变的Pod Name
statefulset中Pod的名字格式为$(StatefulSet name)-$(pod序号)

3.StatefulSet会为关联的Pod分配一个dnsName
$.$.$.svc.cluster.local

为什么要用volumeClaimTemplate？

对于有状态应用都会用到持久化存储，比如mysql主从，由于主从数据库的数据是不能存放在一个目录下的，每个mysql节点都需要有自己独立的存储空间。而在deployment中创建的存储卷是一个共享的存储卷，多个pod使用同一个存储卷，它们数据是同步的，而statefulset定义中的每一个pod都不能使用同一个存储卷，这就需要使用volumeClaimTemplate，当在使用statefulset创建pod时，volumeClaimTemplates会自动生成一个PVC，从而请求绑定一个PV，每一个pod都有自己专用的存储卷。Pod、PVC和PV对应的关系图如下：

3、statefulset资源清单编写技巧

1、查看定义statefulset资源清单所需字段

[root@master2 ~]# kubectl explain statefulset
KIND:     StatefulSet
VERSION:  apps/v1
DESCRIPTION:
     StatefulSet represents a set of pods with consistent identities. Identities
     are defined as:
     - Network: A single stable DNS and hostname.
     - Storage: As many VolumeClaims as requested. The StatefulSet guarantees
     that a given network identity will always map to the same storage identity.
FIELDS:
   apiVersion	<string> #定义statefulset资源需要使用的api版本
   kind	<string>          #定义的资源类型
   metadata	<Object>     #元数据
   spec	<Object>          #定义容器相关的信息

2、查看statefulset.spec字段定义

[root@master2 ~]# kubectl explain statefulset.spec
KIND:     StatefulSet
VERSION:  apps/v1
RESOURCE: spec <Object>
DESCRIPTION:
     Spec defines the desired identities of pods in this set.
     A StatefulSetSpec is the specification of a StatefulSet.
FIELDS:
   podManagementPolicy	<string> #pod管理策略
   replicas	<integer>  #副本数
   revisionHistoryLimit	<integer> #保留的历史版本
   selector	<Object> -required- #标签选择器，选择它所关联的pod
   serviceName	<string> -required-  #headless service的名字
   template	<Object> -required-     #生成pod的模板
   updateStrategy	<Object>   #更新策略
   volumeClaimTemplates	<[]Object> #存储卷申请模板

3、查看statefulset的spec.template字段定义

#对于template而言，其内部定义的就是pod，pod模板是一个独立的对象
[root@xianchaomaster1 ~]# kubectl explain statefulset.spec.template
KIND:     StatefulSet
VERSION:  apps/v1
RESOURCE: template <Object>
DESCRIPTION:
     template is the object that describes the pod that will be created if
     insufficient replicas are detected. Each pod stamped out by the StatefulSet
     will fulfill this Template, but have a unique identity from the rest of the
     StatefulSet.
     PodTemplateSpec describes the data a pod should have when created from a
     template
FIELDS:
   metadata	<Object>
   spec	<Object>  #定义容器属性的

statefulset资源中有两个spec字段。第一个spec声明的是statefulset定义多少个Pod副本（默认将仅部署1个Pod）、匹配Pod标签的选择器、创建pod的模板、存储卷申请模板，第二个spec是spec.template.spec：主要用于Pod里的容器属性等配置。

.spec.template里的内容是声明Pod对象时要定义的各种属性，所以这部分也叫做PodTemplate（Pod模板）。还有一个值得注意的地方是：在.spec.selector中定义的标签选择器必须能够匹配到spec.template.metadata.labels里定义的Pod标签，否则Kubernetes将不允许创建statefulset。

4、statefulset配置文件

1、storage_web.yml

[root@master1 statefulset]# cat storage_web.yml 
apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata: 
  name: nfs-web
provisioner: example.com/nfs

2、statefulset.yml

[root@master1 statefulset]# cat statefulset.yml 
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: nfs-web
  namespace: default
  labels: 
    app: statefulset-nginx
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  serviceName: "nginx"
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels: 
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        ports:
        - name: web
          containerPort: 80
        volumeMounts:
        - name: web-pvc
          mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumeClaimTemplates:
  - metadata: 
      name: web-pvc
    spec:
      accessModes: ["ReadWriteOnce","ReadWriteMany"]
      storageClassName: nfs-web
      resources:
        requests:
          storage: 2Gi

3、查看pv、pvc、pod

[root@master1 statefulset]# kubectl get pods | grep nfs-web
nfs-web-0                          1/1     Running   0          12m
nfs-web-1                          1/1     Running   0          12m
nfs-web-2                          1/1     Running   0          12m


[root@master1 statefulset]# kubectl get pv | grep nfs-web
pvc-25a5b88a-c131-472b-bc8a-76acecd9f719   2Gi        RWO,RWX        Delete           Bound       default/web-pvc-nfs-web-1   nfs-web                 22m
pvc-cc8e5814-a794-4fe0-80c5-a3b052e0e249   2Gi        RWO,RWX        Delete           Bound       default/web-pvc-nfs-web-0   nfs-web                 22m
pvc-eb313078-e6c2-4f6c-b619-466706aa8d8d   2Gi        RWO,RWX        Delete           Bound       default/web-pvc-nfs-web-2   nfs-web 


[root@master1 statefulset]# kubectl get pvc | grep nfs-web
web-pvc-nfs-web-0   Bound    pvc-cc8e5814-a794-4fe0-80c5-a3b052e0e249   2Gi        RWO,RWX        nfs-web        22m
web-pvc-nfs-web-1   Bound    pvc-25a5b88a-c131-472b-bc8a-76acecd9f719   2Gi        RWO,RWX        nfs-web        22m
web-pvc-nfs-web-2   Bound    pvc-eb313078-e6c2-4f6c-b619-466706aa8d8d   2Gi        RWO,RWX        nfs-web        22m


[root@master1 statefulset]# kubectl get svc
NAME         TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
kubernetes   ClusterIP   10.255.0.1   <none>        443/TCP   11d
nginx        ClusterIP   None         <none>        80/TCP    22m


[root@master1 statefulset]# kubectl get statefulset -owide
NAME      READY   AGE   CONTAINERS   IMAGES
nfs-web   3/3     23m   nginx        nginx


#查看主机内部的主机名
[root@master1 statefulset]# for i in 0 1 2  ; do kubectl exec nfs-web-$i -- sh -c hostname;done
nfs-web-0
nfs-web-1
nfs-web-2

4、资源清单详细解读

[root@master1 statefulset]# cat statefulset.yml 
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx
  labels:
    app: nginx
spec:
  ports:
  - port: 80
    name: web
  clusterIP: None  #创建一个没有ip的service
  selector:
    app: nginx  #选择拥有app=nginx标签的pod
---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata: 
  name: nfs-web
  namespace: default
  labels: 
    app: statefulset-nginx
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  serviceName: "nginx" #headless service的名字
  replicas: 3
  template:  #定义pod的模板
    metadata:
      labels: 
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        ports:
        - name: web
          containerPort: 80
        volumeMounts:
        - name: web-pvc
          mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumeClaimTemplates:  #存储卷申请模板
  - metadata: 
      name: web-pvc
    spec:
      accessModes: ["ReadWriteOnce","ReadWriteMany"]
      storageClassName: nfs-web #指定从哪个存储类申请pv
      resources:
        requests:
          storage: 2Gi #需要2G的pvc，会自动跟符合条件的pv绑定

5、statefulset管理pod：扩容、缩容、更新

建议更新的时候直接更改yaml文件，直接edit会导致再次应用yaml文件的时候参数还是和原来的

1、动态扩容

#修改replicas参数即可
[root@master1 statefulset]# cat statefulset.yml | grep replicas
  replicas: 5
  
#重新应用配置文件
[root@master1 statefulset]# kubectl apply -f statefulset.yml 
service/nginx unchanged
statefulset.apps/nfs-web configured


[root@master1 statefulset]# kubectl get pods | grep web
nfs-web-0                          1/1     Running   0          49m
nfs-web-1                          1/1     Running   0          49m
nfs-web-2                          1/1     Running   0          49m
nfs-web-3                          1/1     Running   0          12s
nfs-web-4                          1/1     Running   0          8s

2、动态缩容

#修改replicas参数即可
[root@master1 statefulset]# cat statefulset.yml | grep replicas
  replicas: 2
  
  
[root@master1 statefulset]# kubectl apply -f statefulset.yml 
service/nginx unchanged
statefulset.apps/nfs-web configured


[root@master1 statefulset]# kubectl get pods | grep web
nfs-web-0                          1/1     Running   0          53m
nfs-web-1                          1/1     Running   0          53m

3、更新

#修改statefulset.yml配置文件中的image字段
[root@master1 statefulset]# cat  statefulset.yml  | grep image:
        image: ikubernetes/myapp:v2
        
[root@master1 statefulset]# kubectl apply -f statefulset.yml

statefulset.spec.updateStrategy.rollingUpdate.partition:这个参数默认为0，如果为1，则生成的pod名字序列号大于等于1的进行更新，也就是说除了0都进行更新了。

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