Kubernetes中StatefulSet介绍

StatefulSet 是Kubernetes1.9版本中稳定的特性，本文使用的环境为 Kubernetes 1.11。如何搭建环境可以参考kubeadm安装kubernetes V1.11.1 集群

0. 介绍

使用Kubernetes来调度无状态的应用非常简单，那Kubernetes如何来管理调度有状态的应用呢？Kubernetes中提供了一个StatefulSet控制器来管理有状态的应用，本文就介绍StatefulSet的应用，解决以下几个问题：

• 如何创建StatefulSet
• StatefulSet如何管理Pods
• 如何删除StatefulSet
• 如何对StatefulSet进行扩容
• 如何更新StatefulSet中的Pods

1. StatefulSet 是什么

StatefulSet是Kubernetes提供的管理有状态应用的负载管理控制器API。在Pods管理的基础上，保证Pods的顺序和一致性。与Deployment一样，StatefulSet也是使用容器的Spec来创建Pod，与之不同StatefulSet创建的Pods在生命周期中会保持持久的标记（例如Pod Name）。

StatefulSet适用于具有以下特点的应用：

• 具有固定的网络标记（主机名）
• 具有持久化存储
• 需要按顺序部署和扩展
• 需要按顺序终止及删除
• 需要按顺序滚动更新

2. StatefulSet 创建

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:
  serviceName: "nginx"
  replicas: 2
  selector:
     matchLabels:
       app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: docker.io/nginx
        ports:
        - containerPort: 80
          name: web
        volumeMounts:
        - name: www
          mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumeClaimTemplates:
  - metadata:
      name: www
    spec:
      accessModes: ["ReadWriteOnce"]
      volumeMode: Filesystem
      resources:
        requests:
          storage: 50Mi
      storageClassName: local-storage

StatefulSet创建顺序是从0到N-1，终止顺序则是相反。如果需要对StatefulSet扩容，则之前的N个Pod必须已经存在。如果要终止一个Pod，则它的后序Pod必须全部终止。

If web-0 should fail, after web-1 is Running and Ready, but before web-2 is launched, web-2 will not be launched until web-0 is successfully relaunched and becomes Running and Ready.

在Kubernetes 1.7版本后，放松了顺序的保证策略，对应的参数为 .spec.podManagementPolicy

执行创建命令，并且观察对象是否正常创建。

[root@devops-101 ~]# kubectl create -f ss-nginx.yml
service "nginx" created
statefulset "web" created
[root@devops-101 ~]# kubectl get svc
NAME         TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1    <none>        443/TCP   9d
nginx        ClusterIP   None         <none>        80/TCP    1d
[root@devops-101 ~]# kubectl get statefulset
NAME      DESIRED   CURRENT   AGE
web       2         2         1d

看一下Pod是否是有顺序的

[root@devops-101 ~]# kubectl get pods -l app=nginx
NAME      READY     STATUS    RESTARTS   AGE
web-0     1/1       Running   0          11m
web-1     1/1       Running   0          11m

根据Pod的顺序，每个Pod拥有对应的主机名，在Pod中执行hostname命令确认下。

[root@devops-101 ~]# for i in 0 1; do kubectl exec web-$i -- sh -c 'hostname'; done
web-0
web-1

使用带有nslookup命令的busybox镜像启动一个Pod，检查集群内的DNS地址设置。

3. 扩缩容

将Pod实例扩充到5个。

[root@devops-101 ~]# kubectl scale sts web --replicas=5
statefulset.apps/web scaled
[root@devops-101 ~]# kubectl get pods -w
NAME      READY     STATUS    RESTARTS   AGE
web-0     1/1       Running   0          5m
web-1     1/1       Running   0          5m
web-2     0/1       Pending   0         1s
web-2     0/1       Pending   0         1s

因为我的集群PV不是动态供给的，所以扩容停留在等待PV的阶段，本文要按照后面的办法手工创建相应的PV。

将实例减少到2个。

[root@devops-101 ~]# kubectl get pod
NAME      READY     STATUS    RESTARTS   AGE
web-0     1/1       Running   0          24m
web-1     1/1       Running   0          23m
web-2     1/1       Running   0          18m
web-3     1/1       Running   0          10m
web-4     1/1       Running   0          6m
[root@devops-101 ~]# kubectl patch sts web -p '{"spec":{"replicas":2}}'
statefulset.apps/web patched

4. 更新策略

4.1 滚动更新

默认的更新策略，以相反的顺序依次更新Pod

4.2 Partition

4.3 金丝雀发布 Canary

金丝雀发布。

5. 删除 StatefulSet

StatefulSet支持级连删除和非级连删除，在非级连删除模式下，仅删除StatefulSet不删除Pod，级连删除则全部删除。

非级连删除StatefulSet后，如果删除Pod，就不会重新拉起原来的Pod，而是新建一个Pod。但是如果重新创建StatefulSet，则会对现有的Pod按照规则进行重新整理。

一些分布式系统，并不希望按照顺序来管理启停Pod，因此在1.7版本之后，提供了.spec.podManagementPolicy这个参数，默认为OrderedReady，可以设置为Parallel这样Pod的创建就不必等待，而是会同时创建、同时删除。

X. 坑

官方的文档没有创建PVC对应的PV，按照官方文档操作创建后会遇到下面的错误，需要提前创建PV及PVC。关于存储的更详细的内容，可以参考Kubernetes 存储系统 Storage 介绍。

pod has unbound PersistentVolumeClaims

官方文档里解释了，因为他所用的集群配置为动态提供PV，所以不用手工创建。

As the cluster used in this tutorial is configured to dynamically provision PersistentVolumes, the PersistentVolumes were created and bound automatically.

PV的创建脚本如下：

kind: List
apiVersion: v1
items:
- apiVersion: v1
  kind: PersistentVolume
  metadata:
    name: es-storage-pv-01
  spec:
    capacity:
      storage: 100Mi
    volumeMode: Filesystem
    accessModes: ["ReadWriteOnce"]
    persistentVolumeReclaimPolicy: Delete
    storageClassName: local-storage
    local:
      path: /home/es
    nodeAffinity:
      required:
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: kubernetes.io/hostname
            operator: In
            values:
            - devops-102
            - devops-103
- apiVersion: v1
  kind: PersistentVolume
  metadata:
    name: es-storage-pv-02
  spec:
    capacity:
      storage: 100Mi
    volumeMode: Filesystem
    accessModes: ["ReadWriteOnce"]
    persistentVolumeReclaimPolicy: Delete
    storageClassName: local-storage
    local:
      path: /home/es01
    nodeAffinity:
      required:
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: kubernetes.io/hostname
            operator: In
            values:
            - devops-102
            - devops-103

参考资料

1. StatefulSet Basics
2. DNS for Services and Pods
3. Services
4. Persistent Volumes
5. PersistentVolume Provisioning
6. StatefulSet Concept