有状态副本集 (Stateful Set)

有状态副本集 (SS, Stateful Set) 作为 Controller 为 Pod 提供唯一的标识。它可以保证部署和 scale 的顺序。

StatefulSet 是为了解决有状态服务的问题(对应 Deployments 和 ReplicaSets 是为无状态服务而设计),其应用场景包括:

  • 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
  • 稳定的网络标志,即 Pod 重新调度后其 PodName 和 HostName 不变,基于 Headless Service(即没有 Cluster IP 的 Service)来实现
  • 有序部署,有序扩展,即 Pod 是有顺序的,在部署或者扩展的时候要依据定义的顺序依次依次进行(即从 0 到 N-1,在下一个 Pod 运行之前所有之前的 Pod 必须都是 Running 和 Ready 状态),基于 init containers 来实现
  • 有序收缩,有序删除(即从 N-1 到 0)

从上面的应用场景可以发现,StatefulSet 由以下几个部分组成:

  • 用于定义网络标志(DNS domain)的 Headless Service
  • 用于创建 PersistentVolumes 的 volumeClaimTemplates
  • 定义具体应用的 StatefulSet

StatefulSet 中每个 Pod 的 DNS 格式为statefulSetName-{0..N-1}.serviceName.namespace.svc.cluster.local,其中

  • serviceName为 Headless Service 的名字
  • 0..N-1为 Pod 所在的序号,从 0 开始到 N-1
  • statefulSetName为 StatefulSet 的名字
  • namespace为服务所在的 namespace,Headless Servic 和 StatefulSet 必须在相同的 namespace
  • .cluster.local为 Cluster Domain

使用 Stateful Set

Stateful Set 适用于有以下某个或多个需求的应用:

  • 稳定,唯一的网络标志。
  • 稳定,持久化存储。
  • 有序,优雅地部署和 scale。
  • 有序,优雅地删除和终止。
  • 有序,自动的滚动升级。

在上文中,稳定是 Pod (重新)调度中持久性的代名词。 如果应用程序不需要任何稳定的标识符、有序部署、删除和 scale,则应该使用提供一组无状态副本的 controller 来部署应用程序,例如 DeploymentReplicaSet 可能更适合您的无状态需求。

yaml 示例

下面的示例中描述了 StatefulSet 中的组件。

  • 一个名为 nginx 的 headless service,用于控制网络域。
  • 一个名为 web 的 StatefulSet,它的 Spec 中指定在有 3 个运行 nginx 容器的 Pod。
  • volumeClaimTemplates 使用 PersistentVolume Provisioner 提供的 PersistentVolumes 作为稳定存储。
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

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