kubernetes之StatefulSet详解

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了kubernetes之StatefulSet详解相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

概述

RC、Deployment、DaemonSet都是面向无状态的服务,它们所管理的Pod的IP、名字,启停顺序等都是随机的,而StatefulSet是什么?顾名思义,有状态的集合,管理所有有状态的服务,比如mysql、MongoDB集群等。
StatefulSet本质上是Deployment的一种变体,它为了解决有状态服务的问题,它所管理的Pod拥有固定的Pod名称,启停顺序,在StatefulSet中,Pod名字称为网络标识,因为是通过Pod名称通信的而非Pod IP,还必须要用到共享存储,在v1.9版本中已成为GA版本。
在Deployment中,与之对应的服务是service,而在StatefulSet中与之对应的headless service,headless service,即无头服务,与service的区别就是它没有Cluster IP,解析它的名称时将返回该Headless Service对应的全部Pod的Endpoint列表。
除此之外,StatefulSet在Headless Service的基础上又为StatefulSet控制的每个Pod副本创建了一个DNS域名,这个域名的格式为:

$(podname).(headless server name)   
FQDN: $(podname).(headless server name).namespace.svc.cluster.local

StatefulSet示例

接下来看一些示例,演示下上面所说的特性,以加深理解。

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"  #声明它属于哪个Headless Service.
  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:   #可看作pvc的模板
  - metadata:
      name: www
    spec:
      accessModes: [ "ReadWriteOnce" ]
      storageClassName: "gluster-heketi"  #存储类名,改为集群中已存在的
      resources:
        requests:
          storage: 1Gi

通过该配置文件,可看出StatefulSet的组成部分:

  • Headless Service:名为nginx,用来定义Pod网络标识( DNS domain)。
  • StatefulSet:定义具体应用,名为Nginx,有三个Pod副本,并为每个Pod定义了一个域名。
  • volumeClaimTemplates:创建PVC,指定pvc名称大小,将自动创建pvc,且pvc必须由存储类供应。

创建:

$ kubectl create -f nginx.yaml 
service "nginx" created
statefulset "web" created

看下这三个Pod创建过程:

#第一个是创建web-0
$ kubectl get pod
web-0                     1/1       ContainerCreating   0          51s

#待web-0 running且ready时,创建web-1
$ kubectl get pod
web-0                     1/1       Running             0          51s
web-1                     0/1       ContainerCreating   0          42s

#待web-1 running且ready时,创建web-2
$ kubectl get pod
web-0                     1/1       Running             0          1m
web-1                     1/1       Running             0          45s
web-2                     1/1       ContainerCreating   0          36s

#最后三个Pod全部running且ready
$ kubectl get pod
NAME                      READY     STATUS    RESTARTS   AGE
web-0                     1/1       Running   0          4m
web-1                     1/1       Running   0          3m
web-2                     1/1       Running   0          1m

根据volumeClaimTemplates自动创建的PVC

$ kubectl get pvc
NAME              STATUS    VOLUME                                  CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS     AGE
www-web-0         Bound     pvc-ecf003f3-828d-11e8-8815-000c29774d39   2G        RWO          gluster-heketi   7m
www-web-1         Bound     pvc-0615e33e-828e-11e8-8815-000c29774d39   2G        RWO          gluster-heketi   6m
www-web-2         Bound     pvc-43a97acf-828e-11e8-8815-000c29774d39   2G        RWO          gluster-heketi   4m

Statefulset名称为web 三个Pod副本: web-0,web-1,web-2,volumeClaimTemplates名称为:www,那么自动创建出来的PVC名称为www-web[0-2],为每个Pod创建一个PVC。
规律总结:

  • 匹配Pod name(网络标识)的模式为:$(statefulset名称)-$(序号),比如上面的示例:web-0,web-1,web-2。
  • StatefulSet为每个Pod副本创建了一个DNS域名(主机名),这个域名(主机名)的格式为: $(podname).(headless server name),也就意味着服务间是通过Pod域名来通信而非Pod IP。
  • StatefulSet使用Headless服务来控制Pod的域名,这个域名的FQDN为:$(service name).$(namespace).svc.cluster.local,其中,“cluster.local”指的是集群的域名。
  • 根据volumeClaimTemplates,为每个Pod创建一个pvc,pvc的命名规则匹配模式:(volume_name)-(pod_name)
    比如上面的volumeMounts.name=www, Pod name=web-[0-2],因此创建出来的PVC是www-web-0、www-web-1、www-web-2。
  • 删除Pod不会删除其pvc,删除pvc将自动释放pv。
    关于Cluster Domain、headless service名称、StatefulSet 名称如何影响StatefulSet的Pod的DNS域名的一些示例
Cluster Domain Service (ns/name) StatefulSet (ns/name) StatefulSet Domain Pod DNS Pod Hostname
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}

Statefulset的启停顺序:

  • 有序部署:部署StatefulSet时,如果有多个Pod副本,它们会被顺序地创建(从0到N-1)并且,在下一个Pod运行之前所有之前的Pod必须都是Running和Ready状态。
  • 有序删除:当Pod被删除时,它们被终止的顺序是从N-1到0。
  • 有序扩展:当对Pod执行扩展操作时,与部署一样,它前面的Pod必须都处于Running和Ready状态。
     
    Statefulset Pod管理策略:
    在v1.7以后,通过允许修改Pod排序策略,同时通过.spec.podManagementPolicy字段确保其身份的唯一性。
  • OrderedReady:上述的启停顺序,默认设置。
  • Parallel:告诉StatefulSet控制器并行启动或终止所有Pod,并且在启动或终止另一个Pod之前不等待前一个Pod变为Running and Ready或完全终止。
    StatefulSet使用场景
  • 稳定的持久化存储,即Pod重新调度后还是能访问到相同的持久化数据,基于PVC来实现。
  • 稳定的网络标识符,即Pod重新调度后其PodName和HostName不变。
  • 有序部署,有序扩展,基于init containers来实现。
  • 有序收缩。

    更新策略

    在Kubernetes 1.7及更高版本中,通过.spec.updateStrategy字段允许配置或禁用Pod、labels、esource request/limits、annotations自动滚动更新功能。
    OnDelete:通过.spec.updateStrategy.type 字段设置为OnDelete,StatefulSet控制器不会自动更新StatefulSet中的Pod。用户必须手动删除Pod,以使控制器创建新的Pod
    RollingUpdate:通过.spec.updateStrategy.type 字段设置为RollingUpdate,实现了Pod的自动滚动更新,如果.spec.updateStrategy未指定,则此为默认策略。
    StatefulSet控制器将删除并重新创建StatefulSet中的每个Pod。它将以Pod终止(从最大序数到最小序数)的顺序进行,一次更新每个Pod。在更新下一个Pod之前,必须等待这个Pod Running and Ready。
    Partitions:通过指定 .spec.updateStrategy.rollingUpdate.partition 来对 RollingUpdate 更新策略进行分区,如果指定了分区,则当 StatefulSet 的 .spec.template 更新时,具有大于或等于分区序数的所有 Pod 将被更新。
    具有小于分区的序数的所有 Pod 将不会被更新,即使删除它们也将被重新创建。如果 StatefulSet 的 .spec.updateStrategy.rollingUpdate.partition 大于其 .spec.replicas,则其 .spec.template 的更新将不会传播到 Pod。在大多数情况下,不需要使用分区。

以上是关于kubernetes之StatefulSet详解的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

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