Kubernetes – StatefulSet、动态卷 篇

StatefulSet 是用来管理有状态应用的工作负载 API 对象。

注意：

• StatefulSet 也是一个控制器

• StatefulSet 用来管理 Deployment 和扩展一组 Pod

StatefulSet和Deployment的相同点

• 都是控制器

• 都管理了基于相同容器定义的一组 Pod

StatefulSet和Deployment的不同点

• StatefulSet 为它们的每个 Pod 维护了一个固定的 ID。

• 这些 Pod 是基于相同的声明来创建的，但是不能相互替换。

• 无论怎么调度，每个 Pod 都有一个永久不变的 ID。

StatefulSet的特点

• 稳定的、唯一的网络标识符。

• 稳定的、持久的存储。

• 有序的、优雅的部署和缩放。

• 有序的、自动的滚动更新。

使用场景：

• 每个 Pod 可以有自己的存储，重启后，还可以连接上自己固定的存储

• 不需要创建 PVC，StatefulSet 可以自己创建 PVC，但是 PV 需要手动创建

• 如果需要自动创建 PV ，那么就需要创建 动态卷

StatefulSet Pod 具有唯一的标识，该标识包括顺序标识、稳定的网络标识和稳定的存储。该标识和 Pod 是绑定的，不管它被调度在哪个节点上。

对于具有 N 个副本的 StatefulSet，StatefulSet 中的每个 Pod 将被分配一个整数序号，从 0 到 N-1，该序号在 StatefulSet 上是唯一的。

稳定的网络 ID 具有：

• StatefulSet 中的每个 Pod 根据 StatefulSet 的名称和 Pod 的序号派生出它的主机名。

• 组合主机名的格式为：(StatefulSet 名称)-(序号)。

• StatefulSet 可以使用 headless 服务 控制它的 Pod 的网络域。

• 访问这个服务的格式为： (pod名称).(服务名).$(命名空间)

StatefulSet 是有状态的服务，那么必须要有稳定的存储，对数据进行持久化：

• Kubernetes 为每个 VolumeClaimTemplate 创建一个 PersistentVolumes。

• 如果没有声明 StorageClass，就会使用默认的 StorageClass。

• 当一个 Pod 被调度（重新调度）到节点上时，它的 volumeMounts 会挂载与其 PersistentVolumeClaims 相关联的 PersistentVolume。

• 注意，当 Pod 或者 StatefulSet 被删除时，与 PersistentVolumeClaims 相关联的 PersistentVolume 并不会被删除。要删除它必须通过手动方式来完成。

说明：

• selector : 同 deployment 一样，用来选择一组 pod 的标签进行管理

• volumeClaimTemplates : 定义一个 pvc 用来与 pv 做绑定

说明：

• 无头服务和正常服务的区别在于，ClusterIP: None

• 访问这个服务的格式为：

  • 如果不在同一个 namespace 下，那么可以直接通过：(pod名称).(服务名).$(命名空间) 来访问无头服务

  • 如果在同一个 namespace 下，那么可以直接通过：(pod名称).(服务名) 来访问无头服务

注意：这里说的 headless 服务，也就是：

• 有时不需要或不想要负载均衡，以及单独的 Service IP 。遇到这种情况，可以通过指定 ClusterIP(spec.clusterIP) 的值为 “None” 来创建 Headless Service 。

• headless Service 并不会分配 Cluster IP， kube-proxy 不会处理它们，而且平台也不会为它们进行负载均衡和路由。

• 创建 headless Service 后，虽然不会分配 ClusterIP，但是会在集群内部新增一条 DNS 记录，这条 DNS 记录表示通过这个服务名字可以访问到的后端服务 ip 地址（一组 Pod 的内部 ip 地址，endpoints）

• headless Service 常用作自定义负载均衡，自己决定某个时刻连接哪个 ip 的服务

1. 创建三个 pv，名称分别为 pv1、pv2、pv3，挂在的目录分别为 pv_a、pv_b、pv_c，storageClassName 名字都为 gsh-pv，yaml 模板为：

2. 创建好 pv 后，创建 statefulSet ，3 个副本数，yaml 文件为：

3. 创建好 sts 后，就会发现，3 个副本 pod 创建了三个 pvc，并且按顺序绑定了 pv

   • 可以看到，创建的 pvc 名字为: <pvcname>-<stsname>-<序号>

   • 可以看到，创建的 pod 名字为: <stsname>-<序号>

4. 当删除了 pod，并重新启动后，

   • 可以看到挂载的 pv 还是没变，并且名字也没变

   • 删除 pod 后，pvc 和 pv 还是绑定的，如果要删除 pvc，需要手动删除

5. 创建无头服务，yaml 文件为：

6. 通过

   • 相同命名空间下：podName.svcName 来访问无头服务

   • 不同命名空间下：podName.svcName.namespace 来访问无头服务

作用：

• 不需要手动创建 pv

• 在创建 pvc 的时候，动态的创建 pv

• 删除 pvc 时，pv 也会跟着一起删除掉

动态卷供应的实现基于 StorageClass API 对象。 而每个 StorageClass 对象对应一个 卷插件 provisioner 分配器，provisioner 则是用来提供真实的卷，指定了真实的后端存储，例如 nfs，ceph，aws 等。

步骤：

• 集群管理员可以根据需要定义多个 StorageClass 对象

• 每个 StorageClass 对象指定一个卷插件（又名 provisioner）

• 卷插件向卷供应商提供在创建卷时需要的数据卷信息及相关参数。也就是对应真实的卷，例如 nfs

• 集群管理员可以在集群中定义和公开多种存储（来自相同或不同的存储系统），每种都具有自定义参数集。

因此使用动态卷的过程为：

1. 创建 StorageClass ，一般是管理员创建

2. 在 StorageClass 定义中，指定 provisioner，

3. 创建 StorageClass 后，在使用 StorageClass 时，指定的 provisioner 会自动分配一个卷给其使用

4. 普通用户创建 pvc 时，使用 StorageClass 名，就会自动创建 pv 与之关联

注意：

• k8s 内置的分配器，使用特定的存储

• 有一些存储，并没有分配器，使用外部分配器，这就需要安装分配器的驱动，例如 CsiDriver

StorageClass 的 yaml 模板为：

说明：

• provisioner : 卷插件，也就是 provisioner

• volumeBindingMode : 卷绑定和动态分配的策略

  • Immediate : 一旦创建了 PersistentVolumeClaim ，立即创建 pv，也就完成了卷绑定和动态分配。

  • WaitForFirstConsumer : 当创建 pvc 后，并不会立即创建 pv，而是在创建 pod，且使用 pvc 时，才会创建 pv

• allowVolumeExpansion : 表示允许扩展

当 Pod 中使用了 storageClassName 作为 PVC 挂载后，Kubernetes 会自动创建 PV 与之绑定，而如果创建了 PVC ，那么会根据 storageClassName  自动创建 PV 与之绑定，例如 PVC 的 yaml 模板为：