Kubernetes学习之StatefulSet控制器

本文介绍了Kubernetes中的StatefulSet控制器,用于管理有状态应用的Pod,确保它们的顺序、唯一标识和持久存储。StatefulSet提供稳定的网络标识符、有序部署和扩展、优雅的删除和更新,适用于需要稳定存储和网络身份的应用。内容包括StatefulSet的组成、工作原理以及如何在阿里云上创建和管理StatefulSet应用。

一、认识StatefulSet控制器
  简单来说,StatefulSet控制器能够记录有状态应用的拓扑及状态,并能够在控制循环监控到某Pod的"实际状态"与用户的"期望状态"不一致时,严格按照Pod自身的程序状态属性将其予以恢复,StatefulSet(有状态副本集)能够保证由其管控的每个Pod对象都有着固定的主机名和专有存储卷,即便被重构后亦能保持不变。
  应用程序与用户、设备其他应用程序或外部组件进行通信时,根据其是否需要记录前一次或多次通信中的相关事件信息以作为下一次通信的分类标准,可以将那些需要记录信息的应用程序称为有状态(stateful)应用,而无须记录的则称为无状态(stateless)应用。
  状态是进程的时间属性。无状态意味着一个进程不必跟踪过去的交互操作,本质上可以说它是一个纯粹的功能性行为。对应的,有状态则意味着进程存储了以前交互过程的记录,并且可以基于它对新的请求进行响应。至于状态信息被保存在内存中,或者持久保存于磁盘上,则是另外一个问题。
  存储是表述持久保存数据的方法,现今通常是指机械磁盘或SSD设备,若进程仅需要操作内存中的数据,则表示其无须进行磁盘的I/O操作;如果产生了I/O操作,则通常意味着数据的只读访问或读写访问。
 在这里插入图片描述
 StatefulSet是Pod资源控制器的一种实现,用于部署和扩展有状态应用的Pod资源,确保它们的运行顺序及每个Pod资源的唯一性。其与ReplicaSet控制器不同的是,虽然所有的Pod对象都基于同一个spec配置所创建,但是StatefulSet需要为每个Pod维持一个唯一且固定的标识符,必要时还要为其创建专有的存储卷。StatefulSet主要适用于那些依赖下列类型资源的应用程序:
  1)稳定且唯一的网络标识符
  2)稳定且持久的存储
  3)有序、优雅地部署和扩展
  4)有序、优雅地删除和终止
  5)有序而自动地滚动更新

### 3.1 Kubernetes 中的 StatefulSet 是什么 StatefulSetKubernetes 中用于管理有状态应用程序的控制器,它确保每个 Pod 实例具有稳定的网络标识和持久化的存储。与无状态应用不同,有状态应用要求 Pod 实例之间具有可识别的身份和顺序依赖关系,StatefulSet 恰好满足这一需求。例如,当 Pod 被删除或重启时,StatefulSet 会按照固定顺序重新创建 Pod,并保持其主机名、网络标识和存储卷的一致性 [^4]。 在 StatefulSet 中,每个 Pod 都具有唯一的、稳定的网络标识,通常格式为 `<statefulset-name>-<index>`,如 `web-0`、`web-1` 等。这种命名方式在 Pod 重启或重新调度时保持不变,使得应用程序可以依赖这些稳定的标识进行通信和数据持久化 [^4]。 ### 3.2 StatefulSet 与 Deployment 的区别 Deployment 是用于管理无状态应用的标准控制器,它通过 ReplicaSet 来确保指定数量的 Pod 副本处于运行状态。Deployment 中的 Pod 是无状态的,彼此之间可以互换,没有固定的顺序或唯一标识。在滚动更新或扩缩容时,Deployment 不保证 Pod 的创建或终止顺序 [^2]。 相比之下,StatefulSet 适用于需要唯一标识、稳定网络身份和持久化存储的应用场景。StatefulSet 在执行滚动更新时,默认采用“滚动更新且顺序终止”的策略,确保新 Pod 启动并就绪后,旧 Pod 才会被终止。这种机制保障了有状态应用在更新过程中的稳定性和一致性 [^4]。 ### 3.3 StatefulSet 与 DaemonSet 的区别 DaemonSet 用于确保每个节点上运行一个 Pod 实例,常用于日志收集、节点监控等任务。与 StatefulSet 不同,DaemonSet 并不要求 Pod 实例具有唯一标识或稳定的网络身份,也不提供持久化存储的支持。Pod 的调度完全依赖于节点的可用性,且不保证 Pod 名称的唯一性 [^2]。 StatefulSet 则强调 Pod 的唯一性和有序性,并支持绑定特定的持久卷(Persistent Volume),确保数据在 Pod 重启后仍然可用。这种设计使得 StatefulSet 更适合数据库、分布式存储等需要稳定身份和数据持久化的应用场景 [^4]。 ### 3.4 StatefulSet 的典型应用场景 StatefulSet 主要用于以下场景: - **数据库集群**:如 MySQL 主从复制、ZooKeeper、Kafka 等,需要每个节点具有稳定的身份和存储。 - **分布式存储系统**:如 etcd、Cassandra 等,依赖节点间稳定的网络标识进行数据复制和一致性管理。 - **需要持久化存储的应用**:Pod 重启后仍需访问之前的数据,StatefulSet 可以确保 Pod 与持久卷的绑定关系不变 [^4]。 ### 示例:定义一个 StatefulSet 资源文件 ```yaml 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: nginx ports: - containerPort: 80 name: web ``` 该配置定义了一个名为 `web` 的 StatefulSet,创建两个 Pod 实例 `web-0` 和 `web-1`,并通过无头服务(`clusterIP: None`)提供稳定的 DNS 解析。 ###
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