Kubernetes 控制器：StatefulSet 详解与实战

最新推荐文章于 2025-11-10 16:06:24 发布

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#kubernetes #容器 #云原生

在 Kubernetes 中，Deployment、ReplicaSet 等控制器主要用于管理无状态服务（如 Web 应用），这类服务的 Pod 实例可随意替换，IP、名称不影响服务可用性。但对于 MySQL 主从、Redis 集群、ZooKeeper 等有状态服务，Pod 实例需保持固定标识、独立存储和有序启停，StatefulSet 正是为解决这类需求而设计的核心控制器。

一、StatefulSet 核心概念与原理

1.1 有状态服务 vs 无状态服务

StatefulSet 的本质是为 “有状态服务” 提供稳定的运行环境，需先明确两类服务的核心差异：

维度	无状态服务（如 Web、Nginx）	有状态服务（如 MySQL 主从、Redis 集群）
Pod 标识	名称、IP 随机，可随意替换	名称、IP 需固定（如 `mysql-0`、`mysql-1`）
存储需求	所有 Pod 共享同一存储卷（如 NFS 共享目录）	每个 Pod 需独立存储卷（数据不互通）
启停顺序	无要求，可并行创建 / 删除	需有序（如先启动主库 `mysql-0`，再启动从库 `mysql-1`）
服务发现	通过 Service ClusterIP 访问，无需区分实例	需通过固定标识访问特定实例（如主库只能是 `mysql-0`）

1.2 StatefulSet 的核心组成

StatefulSet并非独立工作，需依赖两个关键组件实现“状态稳定”，三者协同构成有状态服务的管理体系：

（1）Headless Service（无头服务）

Headless Service是StatefulSet的“网络标识核心”，与普通Service的最大区别区别是不分配ClusterIP。其核心作用是：

为 StatefulSet 管理的每个 Pod 生成固定且可解析的 DNS 记录，确保 Pod 重建后仍能通过原标识被访问；
提供 Pod 实例的 “服务发现” 能力：通过解析 Service DNS，可直接获取所有 Pod 的 IP 列表（普通 Service 仅返回自身 ClusterIP）。

DNS 记录格式（K8s 集群内全局唯一）：

Pod 级 DNS：$(Pod 名称).$(Headless Service 名称).$(命名空间).svc.cluster.local例：StatefulSet 名称为 mysql，副本数 2，Headless Service 名为 mysql-svc，则 Pod DNS 为 mysql-0.mysql-svc.default.svc.cluster.local、mysql-1.mysql-svc.default.svc.cluster.local；
Service 级 DNS：$(Headless Service 名称).$(命名空间).svc.cluster.local解析此 DNS 会返回所有关联 Pod 的 IP 列表，而非 ClusterIP。

（2）VolumeClaimTemplates（存储卷申请模板）

有状态服务的每个 Pod 需独立存储（如 MySQL 主从不能共用数据目录），VolumeClaimTemplates 是 StatefulSet 的 “存储保障核心”，其作用是：

自动为每个 Pod 生成对应的 PersistentVolumeClaim（PVC），无需手动创建；
每个 PVC 会自动绑定符合条件的 PersistentVolume（PV），最终实现 “一个 Pod 对应一个独立存储卷”，数据永久独立。

绑定关系：StatefulSet 副本数为 N 时，会生成 N 个 PVC，命名格式为 $(模板名)-$(StatefulSet 名)-$(Pod 序号)（如 data-mysql-0、data-mysql-1），每个 PVC 绑定独立 PV。

（3）StatefulSet 控制器本身

StatefulSet 控制器负责协调 Pod 的全生命周期管理，核心能力包括：

有序创建 / 删除：创建时按 0→1→2 顺序启动 Pod，删除时按 2→1→0 顺序停止（确保依赖关系，如从库需等主库就绪）；
固定 Pod 名称：Pod 名称格式固定为 $(StatefulSet 名)-$(Pod 序号)（如 web-0、web-1），重建后名称不变（区别于 Deployment 的随机名称）；
状态恢复：Pod 因故障重建时，会自动挂载原 PVC（数据不丢失），并复用原 DNS 记录（网络标识不变）。

二、StatefulSet 资源清单编写技巧

StatefulSet 的资源清单需包含 “Headless Service 定义” 和 “StatefulSet 定义” 两部分，核心字段需严格匹配（如 Service 选择器与 Pod 标签一致）。

2.1 核心字段解析

通过 kubectl explain statefulset.spec 可查看关键字段，重点关注以下必填 / 核心配置：

字段	作用说明
`spec.serviceName`（必填）	关联的 Headless Service 名称（必须与 Headless Service 的 `metadata.name` 一致）
`spec.selector`（必填）	标签选择器，需匹配 `spec.template.metadata.labels`（否则创建失败）
`spec`