StatefulSet

**StatefulSet** 是 Kubernetes 中用于管理 **有状态应用（Stateful Application）** 的控制器，专为需要稳定网络标识、持久化存储和有序部署/扩缩容的场景设计。与 `Deployment` 或 `DaemonSet` 不同，StatefulSet 确保每个 Pod 具有唯一且固定的标识，即使重新调度也能保持一致性。

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### **核心特性**
1. **稳定的网络标识**  
   - 每个 Pod 拥有唯一的名称（如 `web-0`, `web-1`）和 DNS 记录（`<pod-name>.<service-name>.<namespace>.svc.cluster.local`）。
   - 即使 Pod 被重新调度，名称和网络标识不变。

2. **持久化存储**  
   - 通过 `volumeClaimTemplates` 为每个 Pod 动态创建独立的持久卷（PersistentVolume, PV），数据与 Pod 生命周期解耦。
   - 存储随 Pod 的调度自动绑定，适合需要保留数据的应用（如数据库）。

3. **有序部署与扩缩容**  
   - **顺序创建**：按索引递增顺序部署 Pod（如先 `web-0`，再 `web-1`）。
   - **逆序删除**：缩容时按索引递减顺序终止 Pod（如先删 `web-1`，再删 `web-0`）。
   - **有序滚动更新**：更新时按反向顺序（从最大索引到最小索引）替换 Pod。

4. **与 Headless Service 强绑定**  
   - 需关联一个 **Headless Service**（无头服务，`clusterIP: None`），用于控制 Pod 的网络标识和发现机制。

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### **与 Deployment 的区别**
| **特性**               | **Deployment**                | **StatefulSet**                     |
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| **适用场景**           | 无状态应用（如 Web 服务）      | 有状态应用（如 MySQL、Redis）       |
| **Pod 标识**           | 随机名称，无固定标识           | 唯一名称（如 `web-0`, `web-1`）     |
| **存储**               | 临时存储（Volume 可共享）      | 独立持久化存储（Volume 与 Pod 绑定）|
| **扩缩容顺序**         | 并行创建/删除                  | 顺序创建，逆序删除                  |
| **网络标识**           | 通过 Service 负载均衡          | 稳定的 DNS 记录（直接访问单个 Pod） |

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### **典型使用场景**
1. **数据库集群**  
   - 如 MySQL、PostgreSQL、MongoDB 等，需确保主从节点有序启动和数据持久化。
2. **分布式存储系统**  
   - 如 Elasticsearch、Cassandra，依赖稳定的网络标识和持久化存储。
3. **消息队列**  
   - 如 Kafka、RabbitMQ，每个节点需独立存储消息数据。
4. **有状态中间件**  
   - 如 Redis 哨兵、ZooKeeper 集群。

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### **工作机制**
#### **1. Pod 标识与 DNS**
- 每个 Pod 名称格式为 `<statefulset-name>-<ordinal-index>`（如 `redis-0`, `redis-1`）。
- 通过 Headless Service 暴露的 DNS 记录可直接访问特定 Pod：
  ```bash
  redis-0.redis.default.svc.cluster.local  # 访问第一个 Pod
  redis-1.redis.default.svc.cluster.local  # 访问第二个 Pod
  ```

#### **2. 持久化存储**
- 使用 `volumeClaimTemplates` 定义存储模板，每个 Pod 自动创建独立的 PVC（PersistentVolumeClaim）：
  ```yaml
  volumeClaimTemplates:
  - metadata:
      name: data  # 卷名称
    spec:
      accessModes: [ "ReadWriteOnce" ]
      resources:
        requests:
          storage: 10Gi
  ```
- 存储卷生命周期与 Pod 解耦，删除 Pod 时保留数据，适合重建后恢复。

#### **3. 有序调度**
- **扩容时**：按索引顺序创建新 Pod（先 `web-0`，再 `web-1`），确保前一个 Pod 进入 `Running` 状态后再创建下一个。
- **缩容时**：按逆序删除 Pod，避免数据丢失风险（如优先删除从节点而非主节点）。

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### **YAML 示例**
```yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: redis
spec:
  clusterIP: None  # Headless Service
  selector:
    app: redis
  ports:
  - port: 6379
---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: redis
spec:
  serviceName: "redis"  # 必须关联 Headless Service
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: redis
  template:
    metadata:
      labels:
        app: redis
    spec:
      containers:
      - name: redis
        image: redis:alpine
        ports:
        - containerPort: 6379
        volumeMounts:
        - name: data
          mountPath: /data
  volumeClaimTemplates:  # 存储模板
  - metadata:
      name: data
    spec:
      accessModes: [ "ReadWriteOnce" ]
      resources:
        requests:
          storage: 1Gi
```

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### **关键配置**
1. **Headless Service**  
   - 必须定义，用于 Pod 的 DNS 解析和网络标识。
2. **volumeClaimTemplates**  
   - 定义存储模板，确保每个 Pod 拥有独立存储。
3. **更新策略**  
   - 通过 `spec.updateStrategy.type` 指定：
     - `RollingUpdate`：滚动更新（默认）。
     - `OnDelete`：手动删除 Pod 后触发更新。
4. **Pod 管理策略**  
   - `spec.podManagementPolicy`：
     - `OrderedReady`：默认，顺序创建 Pod。
     - `Parallel`：并行创建（牺牲有序性，提高速度）。

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### **注意事项**
1. **资源管理**  
   - 为每个 Pod 预留足够的 CPU/内存资源，避免因资源竞争导致调度失败。
2. **存储配置**  
   - 确保 StorageClass 可用，避免 PVC 处于 Pending 状态。
3. **删除操作**  
   - 删除 StatefulSet 时，默认不会自动删除关联的 PVC，需手动清理：
     ```bash
     kubectl delete statefulset <name> --cascade=orphan  # 保留 Pod 和 PVC
     kubectl delete pvc -l app=<label>                    # 手动删除 PVC
     ```
4. **监控与备份**  
   - 持久化数据需定期备份（如通过 Velero），避免数据丢失。

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### **总结**
StatefulSet 是 Kubernetes 管理有状态应用的核心工具，通过稳定的网络标识、持久化存储和有序调度，为数据库、消息队列等场景提供可靠支持。理解其与 Deployment 的区别，合理设计存储和更新策略，是构建高可用有状态服务的关键。