概述

RC、Deployment、DaemonSet都是面向無(wú)狀態(tài)的服務(wù)，它們所管理的Pod的IP、名字，啟停順序等都是隨機(jī)的，而StatefulSet是什么？顧名思義，有狀態(tài)的集合，管理所有有狀態(tài)的服務(wù)，比如MySQL、MongoDB集群等。
StatefulSet本質(zhì)上是Deployment的一種變體，在v1.9版本中已成為GA版本，它為了解決有狀態(tài)服務(wù)的問(wèn)題，它所管理的Pod擁有固定的Pod名稱，啟停順序，在StatefulSet中，Pod名字稱為網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)(hostname)，還必須要用到共享存儲(chǔ)。

在Deployment中，與之對(duì)應(yīng)的服務(wù)是service，而在StatefulSet中與之對(duì)應(yīng)的headless service，headless service，即無(wú)頭服務(wù)，與service的區(qū)別就是它沒(méi)有Cluster IP，解析它的名稱時(shí)將返回該Headless Service對(duì)應(yīng)的全部Pod的Endpoint列表。

除此之外，StatefulSet在Headless Service的基礎(chǔ)上又為StatefulSet控制的每個(gè)Pod副本創(chuàng)建了一個(gè)DNS域名，這個(gè)域名的格式為：

$(podname).(headless server name)
FQDN： $(podname).(headless server name).namespace.svc.cluster.local

StatefulSet示例

接下來(lái)看一些示例，演示下上面所說(shuō)的特性，以加深理解

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:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx # has to match .spec.template.metadata.labels
  serviceName: "nginx"  #聲明它屬于哪個(gè)Headless Service.
  replicas: 3 # by default is 1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx # has to match .spec.selector.matchLabels
    spec:
      terminationGracePeriodSeconds: 10
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.20.1
        ports:
        - containerPort: 80
          name: web
        volumeMounts:
        - name: www
          mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumeClaimTemplates:   #可看作pvc的模板
  - metadata:
      name: www
    spec:
      accessModes: [ "ReadWriteOnce" ]
      storageClassName: "gluster-heketi"  #存儲(chǔ)類名，改為集群中已存在的
      resources:
        requests:
          storage: 1Gi

通過(guò)該配置文件，可看出StatefulSet的三個(gè)組成部分：

• Headless Service：名為nginx，用來(lái)定義Pod網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)( DNS domain)。
• StatefulSet：定義具體應(yīng)用，名為Nginx，有三個(gè)Pod副本，并為每個(gè)Pod定義了一個(gè)域名。
• volumeClaimTemplates： 存儲(chǔ)卷申請(qǐng)模板，創(chuàng)建PVC，指定pvc名稱大小，將自動(dòng)創(chuàng)建pvc，且pvc必須由存儲(chǔ)類供應(yīng)。

為什么需要 headless service 無(wú)頭服務(wù)？
在用Deployment時(shí)，每一個(gè)Pod名稱是沒(méi)有順序的，是隨機(jī)字符串，因此是Pod名稱是無(wú)序的，但是在statefulset中要求必須是有序 ，每一個(gè)pod不能被隨意取代，pod重建后pod名稱還是一樣的。而pod IP是變化的，所以是以Pod名稱來(lái)識(shí)別。pod名稱是pod唯一性的標(biāo)識(shí)符，必須持久穩(wěn)定有效。這時(shí)候要用到無(wú)頭服務(wù)，它可以給每個(gè)Pod一個(gè)唯一的名稱 。

為什么需要volumeClaimTemplate？
對(duì)于有狀態(tài)的副本集都會(huì)用到持久存儲(chǔ)，對(duì)于分布式系統(tǒng)來(lái)講，它的最大特點(diǎn)是數(shù)據(jù)是不一樣的，所以各個(gè)節(jié)點(diǎn)不能使用同一存儲(chǔ)卷，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有自已的專用存儲(chǔ)，但是如果在Deployment中的Pod template里定義的存儲(chǔ)卷，是所有副本集共用一個(gè)存儲(chǔ)卷，數(shù)據(jù)是相同的，因?yàn)槭腔谀０鍋?lái)的 ，而statefulset中每個(gè)Pod都要自已的專有存儲(chǔ)卷，所以statefulset的存儲(chǔ)卷就不能再用Pod模板來(lái)創(chuàng)建了，于是statefulSet使用volumeClaimTemplate，稱為卷申請(qǐng)模板，它會(huì)為每個(gè)Pod生成不同的pvc，并綁定pv， 從而實(shí)現(xiàn)各pod有專用存儲(chǔ)。這就是為什么要用volumeClaimTemplate的原因。

創(chuàng)建：

$ kubectl create -f nginx.yaml 
service "nginx" created
statefulset "web" created

看下這三個(gè)Pod創(chuàng)建過(guò)程：

#第一個(gè)是創(chuàng)建web-0
$ kubectl get pod
web-0                     1/1       ContainerCreating   0          51s

#待web-0 running且ready時(shí)，創(chuàng)建web-1
$ kubectl get pod
web-0                     1/1       Running             0          51s
web-1                     0/1       ContainerCreating   0          42s

#待web-1 running且ready時(shí)，創(chuàng)建web-2
$ kubectl get pod
web-0                     1/1       Running             0          1m
web-1                     1/1       Running             0          45s
web-2                     1/1       ContainerCreating   0          36s

#最后三個(gè)Pod全部running且ready
$ kubectl get pod
NAME                      READY     STATUS    RESTARTS   AGE
web-0                     1/1       Running   0          4m
web-1                     1/1       Running   0          3m
web-2                     1/1       Running   0          1m

根據(jù)volumeClaimTemplates自動(dòng)創(chuàng)建的PVC

$ kubectl get pvc
NAME              STATUS    VOLUME                                  CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS     AGE
www-web-0         Bound     pvc-ecf003f3-828d-11e8-8815-000c29774d39   2G        RWO          gluster-heketi   7m
www-web-1         Bound     pvc-0615e33e-828e-11e8-8815-000c29774d39   2G        RWO          gluster-heketi   6m
www-web-2         Bound     pvc-43a97acf-828e-11e8-8815-000c29774d39   2G        RWO          gluster-heketi   4m

如果集群中沒(méi)有StorageClass的動(dòng)態(tài)供應(yīng)PVC的機(jī)制，也可以提前手動(dòng)創(chuàng)建多個(gè)PV、PVC，手動(dòng)創(chuàng)建的PVC名稱必須符合之后創(chuàng)建的StatefulSet命名規(guī)則：(volumeClaimTemplates.name)-(pod_name)

Statefulset名稱為web 三個(gè)Pod副本: web-0，web-1,web-2，volumeClaimTemplates名稱為：www，那么自動(dòng)創(chuàng)建出來(lái)的PVC名稱為www-web[0-2]，為每個(gè)Pod創(chuàng)建一個(gè)PVC。

規(guī)律總結(jié)：

匹配Pod name(網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí))的模式為：(序號(hào))，比如上面的示例：web-0，web-1，web-2。

StatefulSet為每個(gè)Pod副本創(chuàng)建了一個(gè)DNS域名，這個(gè)域名的格式為： $(podname).(headless server name)，也就意味著服務(wù)間是通過(guò)Pod域名來(lái)通信而非Pod IP，因?yàn)楫?dāng)Pod所在Node發(fā)生故障時(shí)，Pod會(huì)被飄移到其它Node上，Pod IP會(huì)發(fā)生變化，但是Pod域名不會(huì)有變化。

StatefulSet使用Headless服務(wù)來(lái)控制Pod的域名，這個(gè)域名的FQDN為：(namespace).svc.cluster.local，其中，“cluster.local”指的是集群的域名。

根據(jù)volumeClaimTemplates，為每個(gè)Pod創(chuàng)建一個(gè)pvc，pvc的命名規(guī)則匹配模式：(volumeClaimTemplates.name)-(pod_name)，比如上面的volumeMounts.name=www， Pod name=web-[0-2]，因此創(chuàng)建出來(lái)的PVC是www-web-0、www-web-1、www-web-2。

刪除Pod不會(huì)刪除其pvc，手動(dòng)刪除pvc將自動(dòng)釋放pv。
關(guān)于Cluster Domain、headless service名稱、StatefulSet 名稱如何影響StatefulSet的Pod的DNS域名的示例：

Statefulset的啟停順序：

• 有序部署：部署StatefulSet時(shí)，如果有多個(gè)Pod副本，它們會(huì)被順序地創(chuàng)建（從0到N-1）并且，在下一個(gè)Pod運(yùn)行之前所有之前的Pod必須都是Running和Ready狀態(tài)。

• 有序刪除：當(dāng)Pod被刪除時(shí)，它們被終止的順序是從N-1到0。

• 有序擴(kuò)展：當(dāng)對(duì)Pod執(zhí)行擴(kuò)展操作時(shí)，與部署一樣，它前面的Pod必須都處于Running和Ready狀態(tài)

Statefulset Pod管理策略：

在v1.7以后，通過(guò)允許修改Pod排序策略，同時(shí)通過(guò).spec.podManagementPolicy字段確保其身份的唯一性。

• OrderedReady：上述的啟停順序，默認(rèn)設(shè)置。
• Parallel：告訴StatefulSet控制器并行啟動(dòng)或終止所有Pod，并且在啟動(dòng)或終止另一個(gè)Pod之前不等待前一個(gè)Pod變?yōu)镽unning and Ready或完全終止。

StatefulSet使用場(chǎng)景：

• 穩(wěn)定的持久化存儲(chǔ)，即Pod重新調(diào)度后還是能訪問(wèn)到相同的持久化數(shù)據(jù)，基于PVC來(lái)實(shí)現(xiàn)。

• 穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符，即Pod重新調(diào)度后其PodName和HostName不變。

• 有序部署，有序擴(kuò)展，基于init containers來(lái)實(shí)現(xiàn)。

• 有序收縮。

更新策略

在Kubernetes 1.7及更高版本中，通過(guò).spec.updateStrategy字段允許配置或禁用Pod、labels、source request/limits、annotations自動(dòng)滾動(dòng)更新功能。

• OnDelete：通過(guò).spec.updateStrategy.type 字段設(shè)置為OnDelete，StatefulSet控制器不會(huì)自動(dòng)更新StatefulSet中的Pod。用戶必須手動(dòng)刪除Pod，以使控制器創(chuàng)建新的Pod。

• RollingUpdate：通過(guò).spec.updateStrategy.type 字段設(shè)置為RollingUpdate，實(shí)現(xiàn)了Pod的自動(dòng)滾動(dòng)更新，如果.spec.updateStrategy未指定，則此為默認(rèn)策略。

StatefulSet控制器將刪除并重新創(chuàng)建StatefulSet中的每個(gè)Pod。它將以Pod終止（從最大序數(shù)到最小序數(shù)）的順序進(jìn)行，一次更新每個(gè)Pod。在更新下一個(gè)Pod之前，必須等待這個(gè)Pod Running and Ready。

• Partitions：通過(guò)指定 .spec.updateStrategy.rollingUpdate.partition 來(lái)對(duì) RollingUpdate 更新策略進(jìn)行分區(qū)，如果指定了分區(qū)，則當(dāng) StatefulSet 的 .spec.template 更新時(shí)，具有大于或等于分區(qū)序數(shù)的所有 Pod 將被更新。
  具有小于分區(qū)的序數(shù)的所有 Pod 將不會(huì)被更新，即使刪除它們也將被重新創(chuàng)建。如果 StatefulSet 的 .spec.updateStrategy.rollingUpdate.partition 大于其 .spec.replicas，則其 .spec.template 的更新將不會(huì)傳播到 Pod。在大多數(shù)情況下，不需要使用分區(qū)。

參考：
https://www.cnblogs.com/tylerzhou/p/11027559.html

https://www.cnblogs.com/buyicoding/p/12591259.html