【Kubernetes】控制器Statefulset

一、概念

StatefulSet是为了管理有状态服务的问题而设计的.

扩展：
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。

二、Statefulset资源清单文件编写技巧

2.1、查看定义Statefulset资源需要的字段

[root@master ~]# kubectl explain statefulset
KIND:     StatefulSet
VERSION:  apps/v1DESCRIPTION:StatefulSet represents a set of pods with consistent identities. Identitiesare 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 tothe same storage identity.FIELDS:apiVersion   <string> # 定义资源需要使用的api版本kind <string>         # 定义资源类型metadata     <Object> # 定义元数据spec <Object>         # 定义容器相关的信息  

2.2、查看statefulset.spec字段如何定义

[root@master ~]#  kubectl explain statefulset.spec
KIND:     StatefulSet
VERSION:  apps/v1RESOURCE: 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podserviceName  <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

2.3、查看statefulset的spec.template字段如何定义

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。
.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）

[root@master ~]# kubectl explain statefulset.spec.template
KIND:     StatefulSet
VERSION:  apps/v1RESOURCE: template <Object>
DESCRIPTION:......
FIELDS:metadata     <Object>  # 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 spec <Object>  # Pod里的容器属性等配置 # 在spec.template.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。

三、Statefulset使用案例：部署web站点

3.1、编写一个Statefulset资源清单文件

[root@master 12]# cat statefulset.yaml
apiVersion: v1   # 定义api版本
kind: Service    # 定义要创建的资源：service
metadata:name: nginx    # 定义service的名字labels: app: nginx  # service的标签
spec:ports:- port: 80name: webclusterIP: None  # 创建一个没有ip的serviceselector:app: nginx     # 选择拥有app=nginx标签的pod
---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:name: web
spec:selector:matchLabels:app: nginxserviceName: "nginx"   # headless service的名字replicas: 2            # 副本数template:metadata:            # 定义pod的模板labels:app: nginxspec:containers:- name: nginximage: nginxports:- containerPort: 80  # 容器服务的端口name: web          # 端口别名volumeMounts:- name: wwwmountPath: /usr/share/nginx/htmlvolumeClaimTemplates:     # 存储卷申请模板- metadata:name: wwwspec:accessModes: ["ReadWriteOnce"] # 访问模式：单路读写storageClassName: "nfs"  # 指定从哪个存储类申请pvresources:requests:storage: 1Gi   # 需要1G的pvc，会自动跟符合条件的pv绑定 

3.2、更新资源清单文件

[root@master 12]# kubectl apply -f statefulset.yaml
service/nginx created
statefulset.apps/web created
# 查看statefulset是否创建成功
[root@master 12]# kubectl get statefulset
NAME   READY   AGE
web    2/2     2m7s
# 查看pod
[root@master 12]# kubectl get pods -l app=nginx
NAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGE
web-0   1/1     Running   0          2m50s
web-1   1/1     Running   0          2m8s
# 通过上面可以看到创建的pod是有序的

3.3、查看相关资源

[root@master 12]# kubectl get svc -l app=nginx
NAME    TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
nginx   ClusterIP   None         <none>        80/TCP    3m50s
[root@master 12]# kubectl get pvc
NAME          STATUS   VOLUME                                     CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
www-web-0     Bound    pvc-223fc042-1b1b-4516-a1b5-a5572434d3ee   1Gi        RWO            nfs            4m8s
www-web-1     Bound    pvc-b4f026b2-4984-4302-b45d-00c57a74a162   1Gi        RWO            nfs            3m26s
[root@master 12]# kubectl get pv
NAME                                       CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS     CLAIM                 STORAGECLASS   REASON   AGE
pvc-223fc042-1b1b-4516-a1b5-a5572434d3ee   1Gi        RWO            Delete           Bound      default/www-web-0     nfs                     4m39s
pvc-b4f026b2-4984-4302-b45d-00c57a74a162   1Gi        RWO            Delete           Bound      default/www-web-1     nfs                     3m56s
[root@master 12]# for i in 0 1; do kubectl exec web-$i -- sh -c 'hostname';done
web-0
web-1

四、StatefulSet组成部分

4.1、 Headless Service

用来定义pod网路标识，生成可解析的DNS记录

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。

【1】headless service会为service分配一个域名

<service name>.$<namespace name>.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。

扩展：FQDN

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

$<Pod Name>.$<service name>.$<namespace name>.svc.cluster.local

4.2、volumeClaimTemplates

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volumeClainTemplate。
当在使用statefulset创建pod时，volumeClainTemplate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：

使用kubectl run运行一个提供nslookup命令的容器，这个命令来自于dnsutils包，通过对pod主机名执行nslookup，可以检查它们在集群内部的DNS地址

kubectl run busybox --image docker.io/library/busybox:1.28  --image-pull-policy=IfNotPresent --restart=Never --rm -it busybox -- sh
If you don't see a command prompt, try pressing enter.
/ # nslookup web-0.nginx.default.svc.cluster.local
Server:    10.96.0.10
Address 1: 10.96.0.10 kube-dns.kube-system.svc.cluster.localName:      web-0.nginx.default.svc.cluster.local # 查询service dns，会把对应的pod ip解析出来
Address 1: 10.244.196.144 web-0.nginx.default.svc.cluster.local

4.3、总结

• 1、Statefulset管理的pod，pod名字是有序的，由statefulset的名字-0、1、2这种格式组成
• 2、创建statefulset资源的时候，必须事先创建好一个service,如果创建的service没有ip，那对这个service做dns解析，会找到它所关联的pod ip，如果创建的service有ip，那对这个service做dns解析，会解析到service本身ip。
• 3、statefulset管理的pod，删除pod，新创建的pod名字跟删除的pod名字是一样的
• 4、statefulset具有volumeclaimtemplate这个字段，这个是卷申请模板，会自动创建pv，pvc也会自动生成，跟pv进行绑定，那如果创建的statefulset使用了volumeclaimtemplate这个字段，那创建pod，数据目录是独享的
• 5、ststefulset创建的pod，是有域名的（域名组成：pod-name.svc-name.svc-namespace.svc.cluster.local）

五、Statefulset管理pod：扩容、缩容、更新

5.1、动态扩缩容

如果我们觉得两个副本太少了，想要增加，只需要修改配置文件statefulset.yaml里的replicas的值即可，原来replicas: 2，现在变成replicaset: 3，修改之后，执行如下命令更新：

[root@master 12]# kubectl apply -f statefulset.yaml
service/nginx unchanged
statefulset.apps/web configured
[root@master 12]# kubectl get sts
NAME   READY   AGE
web    3/3     80m
[root@master 12]# kubectl get pods -l app=nginx
NAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGE
web-0   1/1     Running   0          81m
web-1   1/1     Running   0          80m
web-2   1/1     Running   0          28s

也可以直接编辑控制器实现扩容，这个是我们把请求提交给了apiserver，实时修改

[root@master 12]# kubectl edit sts web  # 副本改成4
statefulset.apps/web edited
[root@master 12]# kubectl get pods -l app=nginx
NAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGE
web-0   1/1     Running   0          82m
web-1   1/1     Running   0          81m
web-2   1/1     Running   0          90s
web-3   1/1     Running   0          7s

5.2、滚动更新

kubectl explain sts.spec.updateStrategy

[root@master 12]# kubectl explain sts.spec.updateStrategy
KIND:     StatefulSet
VERSION:  apps/v1RESOURCE: updateStrategy <Object>DESCRIPTION:updateStrategy indicates the StatefulSetUpdateStrategy that will beemployed to update Pods in the StatefulSet when a revision is made toTemplate.StatefulSetUpdateStrategy indicates the strategy that the StatefulSetcontroller will use to perform updates. It includes any additionalparameters necessary to perform the update for the indicated strategy.FIELDS:rollingUpdate        <Object>RollingUpdate is used to communicate parameters when Type isRollingUpdateStatefulSetStrategyType.type <string>Type indicates the type of the StatefulSetUpdateStrategy. Default isRollingUpdatePossible enum values:- `"OnDelete"`  - `"RollingUpdate"`  

[root@master 12]# cat statefulset.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: nginxlabels:app: nginx
spec:ports:- port: 80name: webclusterIP: Noneselector:app: nginx
---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:name: web
spec:updateStrategy:  # 1、添加更新策略rollingUpdate:partition: 1  # 序号大于等于1的pod做更新maxUnavailable: 0  # 滚动更新时允许不可用 Pod 的最大数量selector:matchLabels:app: nginxserviceName: "nginx"replicas: 3template:metadata:labels:app: nginxspec:containers:- name: nginximage: ikubernetes/myapp:v2  # 2、修改镜像：容器才会更新imagePullPolicy: IfNotPresentports:- containerPort: 80name: webvolumeMounts:- name: wwwmountPath: /usr/share/nginx/htmlvolumeClaimTemplates:- metadata:name: wwwspec:accessModes: ["ReadWriteOnce"]storageClassName: "nfs"resources:requests:storage: 1Gi

# 在一个终端执行如下命令：kubectl apply -f statefulset.yaml
# 在另一个终端动态查看pod
[root@master ~]# kubectl get pods -l app=nginx -w
NAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGE
web-0   1/1     Running   0          102m
web-1   1/1     Running   0          101m
web-2   1/1     Running   0          22m
web-3   1/1     Running   0          20m
web-3   1/1     Terminating   0          20m
web-3   1/1     Terminating   0          20m
web-3   0/1     Terminating   0          20m
web-3   0/1     Terminating   0          20m
web-3   0/1     Terminating   0          20m
web-2   1/1     Terminating   0          22m
web-2   1/1     Terminating   0          22m
web-2   0/1     Terminating   0          22m
web-2   0/1     Terminating   0          22m
web-2   0/1     Terminating   0          22m
web-2   0/1     Pending       0          0s
web-2   0/1     Pending       0          0s
web-2   0/1     ContainerCreating   0          0s
web-2   0/1     ContainerCreating   0          1s
web-2   1/1     Running             0          10s
web-1   1/1     Terminating         0          102m
web-1   1/1     Terminating         0          102m
web-1   0/1     Terminating         0          102m
web-1   0/1     Terminating         0          102m
web-1   0/1     Terminating         0          102m
web-1   0/1     Pending             0          0s
web-1   0/1     Pending             0          0s
web-1   0/1     ContainerCreating   0          0s
web-1   0/1     ContainerCreating   0          0s
web-1   1/1     Running             0          9s
web-2   1/1     Running             0          42s
web-1   1/1     Running             0          52s# 从上面结果可以看出来，pod在更新的时候，只是更新了web-1、2、3 
# partition: 1表示更新的时候会把pod序号大于等于1的进行更新

如果更新策略是OnDelete，那不会自动更新pod，需要手动删除，重新常见的pod才会实现更新
修改策略：

  updateStrategy:type: OnDelete# rollingUpdate:#   partition: 1#   maxUnavailable: 0

[root@master 12]# kubectl apply -f statefulset.yaml
service/nginx unchanged
statefulset.apps/web configured
[root@master 12]# kubectl get pod  -l app=nginx
NAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGE
web-0   1/1     Running   0          121m
web-1   1/1     Running   0          18m
web-2   1/1     Running   0          18m
[root@master 12]# kubectl delete pod web-0
pod "web-0" deleted
# 在另一种终端动态查看
[root@master ~]# kubectl get pod -w
NAME                              READY   STATUS    RESTARTS      AGE
web-0                             1/1     Running   0             122m
web-1                             1/1     Running   0             19m
web-2                             1/1     Running   0             19m
web-0                             1/1     Terminating   0             122m
web-0                             1/1     Terminating   0             122m
web-0                             0/1     Terminating   0             122m
web-0                             0/1     Terminating   0             122m
web-0                             0/1     Terminating   0             122m
web-0                             0/1     Pending       0             0s
web-0                             0/1     Pending       0             0s
web-0                             0/1     ContainerCreating   0             0s
web-0                             0/1     ContainerCreating   0             1s
web-0                             1/1     Running             0             2s