Kubernetes服务之StatefulSets简介

StatefulSets在v1.5时还是个beta特性，它取代了v1.4的PetSets特性。PetSets的用户可以参考v1.5的升级指导，将正在运行的PeetSets升级到StatefulSets。

　　StatefulSet是一个给Pod提供唯一标志的控制器，它可以保证部署和扩展的顺序。

使用StatefulSet

　　当应用有以下任意要求时，StatefulSet的价值就体现出来了。

　　　● 稳定的、唯一的网络标识。

　　　● 稳定的、持久化的存储。

　　　● 有序的、优雅的部署和扩展。

　　　● 有序的、优雅的删除和停止。

　　上面提到的点中，在Pod调度时，稳定性和持久化是同一个意思。如果一个应用不需要任何稳定的标识或顺序的部署、删除和扩展，那么你应该使用提供无状态备份的控制器来部署你的应用。诸如Deployment或者ReplicaSet可能更适合你的无状态服务需求。

限制

　　　● StatefulSet还是beta版本，Kubernetes v1.5之前不可用。

　　　● 和所有的alpha/beta资源一样，可以将--runtime-config选项传递给apiserver，来禁止StatefulSet。

　　　● 给定Pod的存储必须是：基于请求存储等级（Storage Class）的PersistentVolume Provisioner，或者是由管理员预先配置。

　　　● 删除和（或）减少StatefulSet副本，不会删除StatefulSet相关的卷。这样做是为了保证数据安全，比自动的清除StatefulSet相关资源更有价值。

　　　● 当前StatefulSet需要Headless服务来负责Pod的网络一致性。你需要创建该服务。

　　　● 当前，更新已经存在的StatefulSet需要手动执行。

组件

　　下面的示例演示了StatefulSet的组件。

　　　● 一个Headless服务，名为nginx，用来控制网络域。

　　　● StatefulSet，名为web，在同一个Pod中起3个nginx容器的副本。

　　　● volumeClaimTemplates使用PV供应商的PV来提供稳定的存储。

---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx
  labels:
    app: nginx
spec:
  ports:
  - port: 80
    name: web
  clusterIP: None
  selector:
    app: nginx
---
apiVersion: apps/v1beta1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: web
spec:
  serviceName: "nginx"
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      terminationGracePeriodSeconds: 10
      containers:
      - name: nginx
        image: gcr.io/google_containers/nginx-slim:0.8
        ports:
        - containerPort: 80
          name: web
        volumeMounts:
        - name: www
          mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumeClaimTemplates:
  - metadata:
      name: www
      annotations:
        volume.beta.kubernetes.io/storage-class: anything
    spec:
      accessModes: [ "ReadWriteOnce" ]
      resources:
        requests:
          storage: 1Gi

Pod一致性

　　StatefulSet Pod有着唯一的一致性，该一致性包含次序（启动和停止次序）、稳定的网络一致性，和稳定的网络。该一致性和Pod紧密相关，无论Pod被调度到哪个node节点上。

次序索引

　　对于有N个副本的StatefulSet，StatefulSet的每个Pod都被分配了一个数字序号，序号在[0，N)的范围内，并且在Set中是唯一的。

稳定的网络ID

　　StatefulSet中每个Pod都从StatefulSet的名称和Pod的序号派生其主机名。组成的hostname的模式为$(statefulset名称)-$(序号)。上面的例子会创建名为web-0，web-1，web-2。StatefulSet可以以使用Headless服务来控制Pod的域，这个域使用的格式为：$(service name).$(namespace).svc.cluster.local，其中，“cluster.local”指的是集群域。Pod被创建后，每个Pod都会得到一个匹配的DNS子域，格式为$(podname).$(governing service domain)，其中的“governing service”是在StatefulSet中通过serviceName字段来定义的。

　　这里有几个示例，可以展示StatefulSet的Pod的DNS组成。

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}

　　注意：除非另外的配置，集群域就会被设置为cluster.local。

稳定的存储

　　Kubernetes为每个VolumeClaimTemplate创建一个PV。在上面的nginx例子中，每个Pod会得到一个PV，该PV的存储等级(storagee class)为anything，大小为1Gb。当Pod被调度到其他node节点上时，volumeMounts会重新映射对应的PVC。注意，当Pod或者StatefulSet被删除时，对应的PV和PVC不会被删除，这个删除操作必须手动来执行。

部署和扩展

　　　● 对于拥有N个拷贝的StatefulSet，当部署Pod时，它们会被顺序地创建（从0到N-1）。

　　　● 当Pod被删除时，它们被终止的顺序是从N-1到0。

　　　● 当对Pod执行扩展操作时，它前面的Pod必须都处于Running和Ready状态。

　　　● 当Pod被终止时，它所有的successors都必须被完全地关闭。

　　不应该将StatefulSet的pod.Spec.TerminationGracePeriodSeconds值设置为0，因为该操作不安全，强烈不建议使用。若需要更深层次的解释，请参考强制删除StatefulSet Pod。

　　当创建了上面的nginx示例后，会按顺序部署三个Pod，名字依次为web-0、web-1和web-2。web--1在web-0变为Running and Ready之后才会再部署，同理，web-2也会等web-1变为Running and Ready状态后才部署。如果在web-1变为Running and Ready之后，但web-2还没有启动之前，此时web-0运行失败了，那么直到web-0再次成功启动并变为Running and Ready之前，web-2都不会启动。

　　如果用户希望改变上面例子中Pod的个数，比如修改replicas=1，那么web-2首先被终止。直到web-2完全被关闭和删除后，web-1才会被终止。如果在web-2被终止和完全关闭后，但web-1还没有被终止之前，此时web-0运行出错了，那么直到web-0再次变为Running and Ready状态之后，web-1才会被终止。