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Kubernetes StatefulSet

介绍​

在 Kubernetes 中，StatefulSet 是一种用于管理有状态应用的工作负载 API 对象。与 Deployment 不同，StatefulSet 为每个 Pod 提供唯一的网络标识和稳定的存储，确保 Pod 的顺序性和唯一性。这使得 StatefulSet 非常适合运行数据库、分布式存储系统等需要持久化存储和稳定网络标识的应用。

备注

StatefulSet 确保 Pod 的创建、删除和扩展操作是有序的，并且每个 Pod 都有唯一的标识符。

StatefulSet 的核心特性​

  1. 稳定的网络标识：每个 Pod 都有一个唯一的、稳定的网络标识符（如 myapp-0, myapp-1 等），即使 Pod 被重新调度，其标识符也不会改变。
  2. 稳定的存储：每个 Pod 都有独立的持久化存储卷，即使 Pod 被删除或重新创建，存储卷也会保持不变。
  3. 有序部署和扩展：StatefulSet 按照顺序创建和删除 Pod，确保应用的有序性。
  4. 有序滚动更新：StatefulSet 支持有序的滚动更新，确保应用在更新过程中保持稳定。

StatefulSet 的使用场景​

StatefulSet 通常用于以下场景：

  • 数据库集群：如 MySQL、PostgreSQL 等需要持久化存储和唯一标识的数据库。
  • 分布式存储系统：如 Elasticsearch、Cassandra 等需要稳定网络标识和存储的系统。
  • 消息队列：如 Kafka、RabbitMQ 等需要有序性和持久化存储的消息队列系统。

创建 StatefulSet​

以下是一个简单的 StatefulSet 示例，用于运行一个 MySQL 数据库：

yaml
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: mysql
spec:
  serviceName: "mysql"
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: mysql
  template:
    metadata:
      labels:
        app: mysql
    spec:
      containers:
      - name: mysql
        image: mysql:5.7
        env:
        - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
          value: "password"
        ports:
        - containerPort: 3306
        volumeMounts:
        - name: mysql-data
          mountPath: /var/lib/mysql
  volumeClaimTemplates:
  - metadata:
      name: mysql-data
    spec:
      accessModes: [ "ReadWriteOnce" ]
      resources:
        requests:
          storage: 10Gi

解释​

  • serviceName: "mysql"：指定与 StatefulSet 关联的 Headless Service 名称。
  • replicas: 3：创建 3 个 Pod，分别命名为 mysql-0, mysql-1, mysql-2。
  • volumeClaimTemplates：为每个 Pod 创建一个独立的持久化存储卷。

部署 StatefulSet​

使用以下命令部署 StatefulSet：

bash
kubectl apply -f mysql-statefulset.yaml

查看 StatefulSet 状态​

bash
kubectl get statefulset mysql
kubectl get pods -l app=mysql

输出示例：

plaintext
NAME      READY   AGE
mysql-0   1/1     10s
mysql-1   1/1     8s
mysql-2   1/1     6s

StatefulSet 的实际案例​

假设我们需要部署一个 Elasticsearch 集群，每个节点都需要独立的存储和唯一的网络标识。我们可以使用 StatefulSet 来实现：

yaml
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: elasticsearch
spec:
  serviceName: "elasticsearch"
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: elasticsearch
  template:
    metadata:
      labels:
        app: elasticsearch
    spec:
      containers:
      - name: elasticsearch
        image: elasticsearch:7.10.1
        ports:
        - containerPort: 9200
        volumeMounts:
        - name: es-data
          mountPath: /usr/share/elasticsearch/data
  volumeClaimTemplates:
  - metadata:
      name: es-data
    spec:
      accessModes: [ "ReadWriteOnce" ]
      resources:
        requests:
          storage: 20Gi
提示

StatefulSet 的每个 Pod 都会自动挂载独立的存储卷，确保数据的持久化和隔离。

总结​

StatefulSet 是 Kubernetes 中管理有状态应用的重要工具。它通过提供稳定的网络标识、持久化存储和有序的部署方式，确保有状态应用的高可用性和数据一致性。无论是数据库、分布式存储系统还是消息队列，StatefulSet 都能满足其独特的需求。

附加资源​

练习​

  1. 尝试创建一个 StatefulSet，运行一个 Redis 集群，并观察 Pod 的创建顺序。
  2. 修改 StatefulSet 的 replicas 字段，观察 Pod 的扩展和收缩行为。
  3. 为 StatefulSet 添加一个 Headless Service，并测试 Pod 之间的通信。