K8s: 控制器之StatefulSets对象

StatefulSet

1 ) 概述

Stateful，也就是有状态应用，微服务无状态是一个理想的这么一个环境
有些应用是有状态的，比如这个web服务器，它只能运行在一台server上
因为它要访问一些持久化的存储
比如说 mysql 它就是一个典型的有状态的应用，不希望应用随时漂移到别的节点上，然后数据发生变化
为什么说它有状态？
- 就是因为它的数据是落在这个磁盘上的
- 虽然云原生应用里面，尽量的把一些服务都变成云原生的应用
- 在实际生活中，在实际企业开发中，很多应用它是有状态的
那什么是无状态的呢？
- 比如一个博客应用，它是无状态的，它不依赖于你底层的数据库服务地址
- 这个应用可以部署多个
在这个mysql服务器，它是有状态的应用，K8s为了应对，提出了 StatefulSets 的概念
StatefulSets 它是用来管理Deployment和扩展一组Pod，并且为这个pod提供序号唯一性的保证
所以它和Deployment的不同是在于
- 它管理了一组相同容器定义的pod, 它为每个Pod维护了一个固定的ID
- 在Deployment，它的ID是一个Pod名称加后面随机字母的组合，它的名称是动态拼出来的
- 但是，StatefulSet的pod, 它的容器名称有一个永久不变的ID, 如果建3个，就会变成 -0, -1, -2 这样的不变ID
StatefulSets 会定义你期望的一个状态，比如说你有3个副本，它会给你创建3个副本
StatefulSets 的使用场景
- 有稳定唯一的网络标识符
- 有一个稳定的持久化的存储，可以有序的去缩放，有序的去更新扩容
  - 有序的是指更新是从012345…按顺序更新，而不是随机的去更新
- 这样的应用更适合 StatefulSets 来管理，而不是Deployment
StatefulSets 的限制
- 必须有这个挂载 PersistentVolume 挂载卷，可以是本地，也可以是对象存储
- 需要有一个外部的持久化化存储，基于 storage class来匹配，那么这里面有一点很重要
- 注意，如果说删掉 StatefulSets 中的pod并不会删除它的关联的存储
- 这样是保证数据的安全，而在Deployment里删除pod, 其创建的临时数据文件都会消失
- 对于 StatefulSets 它其实更着重的是这些数据
所以 K8s 它设计的时候，存储这个对象和 StatefulSets，是两个隔离的对象
另外，StatefulSets 需要用 headless 服务来创建pod标识
headless叫无头服务
- 就是我的请求, 有时候不想走负载均衡，直接想通过IP链接到后端
- 这个时候在 K8s 中，它就提供这个headless这个服务
- 在HTTP发请求的时候发一个post请求之前，会发一个head请求，这个headless请求会做一些事情
- 比如说对方后端的这个IP地址是哪里？做一些 session 的认证
- headless请求, 就是直接能够不发这个head请求，直接和后端的服务进行一个交互，直接进行CRUD的操作
- 在这种情况下, 需要要把这个 clusterip 设成为 none
- 就是 StatefulSets 里面的 pod 在容器里面不用固定的IP

2 ）应用

在这里面，我们会先创建一个Service，然后再创建这个StatefulSets

新建 sfs-demo1.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: mongodb
spec:
  serviceName: mongodb  #必须配置 和service名字统一起来
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: mongodb
  template:
    metadata:
      labels:
        app: mongodb
    spec:
      containers:
        - name: mongo
          image: mongo:4.4          
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mongodb
spec:
  selector:
    app: mongodb
  type: ClusterIP
  # HeadLess  
  clusterIP: None
  ports:
    - port: 27017    #本 Service 的端口
      targetPort: 27017  #容器的端口

$ kubectl apply -f sfs-demo1.yaml

statefulset.apps/mongodb created
service/mongodb created

$ kubectl get all

NAME            READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod/mongodb-0   1/1     Running   0          20s
pod/mongodb-1   1/1     Running   0          19s

NAME                 TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)     AGE
service/kubernetes   ClusterIP   10.1.0.1     <none>        443/TCP     6d2h
service/mongodb      ClusterIP   None         <none>        27017/TCP   20s

NAME                       READY   AGE
statefulset.apps/mongodb   2/2     20s

$ kubectl rollout restart statefulset mongodb 重启
$ kubectl scale statefulset mongodb --replicas=5 扩容

$ kubectl get all

NAME            READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod/mongodb-0   1/1     Running   0          3m31s
pod/mongodb-1   1/1     Running   0          3m33s
pod/mongodb-2   1/1     Running   0          2m33s
pod/mongodb-3   1/1     Running   0          21s
pod/mongodb-4   1/1     Running   0          20s

NAME                 TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)     AGE
service/kubernetes   ClusterIP   10.1.0.1     <none>        443/TCP     6d2h
service/mongodb      ClusterIP   None         <none>        27017/TCP   6m49s

NAME                       READY   AGE
statefulset.apps/mongodb   5/5     6m49s

$ kubectl get svc

NAME         TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)     AGE
kubernetes   ClusterIP   10.1.0.1     <none>        443/TCP     6d2h
mongodb      ClusterIP   None         <none>        27017/TCP   8m49s

$ kubectl get endpoints mongodb -o yaml

apiVersion: v1
kind: Endpoints
metadata:
  annotations:
    endpoints.kubernetes.io/last-change-trigger-time: "2024-04-23T06:21:28Z"
  creationTimestamp: "2024-04-23T06:14:58Z"
  labels:
    service.kubernetes.io/headless: ""
  name: mongodb
  namespace: default
  resourceVersion: "292772"
  uid: e600cd76-37e9-48c1-90f8-fae2b31bbbd4
subsets:
- addresses:
  - hostname: mongodb-1
    ip: 10.244.1.107
    nodeName: node1.k8s
    targetRef:
      kind: Pod
      name: mongodb-1
      namespace: default
      resourceVersion: "292407"
      uid: 654c1164-9a0d-46c0-8148-61f71a6e7224
  - hostname: mongodb-0
    ip: 10.244.1.108
    nodeName: node1.k8s
    targetRef:
      kind: Pod
      name: mongodb-0
      namespace: default
      resourceVersion: "292437"
      uid: cef974da-f02d-4d93-bb00-0c74d534c866
  - hostname: mongodb-3
    ip: 10.244.1.109
    nodeName: node1.k8s
    targetRef:
      kind: Pod
      name: mongodb-3
      namespace: default
      resourceVersion: "292757"
      uid: caf43581-9e7c-48db-a761-1cb74e0ea871
  - hostname: mongodb-2
    ip: 10.244.2.67
    nodeName: node2.k8s
    targetRef:
      kind: Pod
      name: mongodb-2
      namespace: default
      resourceVersion: "292743"
      uid: 1eeba1cb-0e50-45fa-81d2-f4022dbd8b63
  - hostname: mongodb-4
    ip: 10.244.2.68
    nodeName: node2.k8s
    targetRef:
      kind: Pod
      name: mongodb-4
      namespace: default
      resourceVersion: "292770"
      uid: 4e3dc9f3-4f28-4802-af9a-705c12404ae5
  ports:
  - port: 27017
    protocol: TCP

$ kubectl exec -ti mongodb-0 -- mongo 测试数据存储

MongoDB shell version v4.4.29
connecting to: mongodb://127.0.0.1:27017/?compressors=disabled&gssapiServiceName=mongodb
Implicit session: session { "id" : UUID("74389cfe-1776-43ef-a37a-61cf5a7a9d82") }
MongoDB server version: 4.4.29
Welcome to the MongoDB shell.
For interactive help, type "help".
For more comprehensive documentation, see
  https://docs.mongodb.com/
Questions? Try the MongoDB Developer Community Forums
  https://community.mongodb.com
---
The server generated these startup warnings when booting:
        2024-04-23T06:18:17.563+00:00: Access control is not enabled for the database. Read and write access to data and configuration is unrestricted
        2024-04-23T06:18:17.563+00:00: /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/enabled is 'always'. We suggest setting it to 'never'
---
>

$ exit 退出
```
bye
```
$ run mongodb-client --rm --tty -i --restart='Never' --image mongo:4.4 --command -- bash 连接数据库测试
```
If you don't see a command prompt, try pressing enter.
root@mongodb-client:/#
```

$ mongo --host mongodb-0.mongodb

MongoDB shell version v4.4.29
connecting to: mongodb://mongodb-0.mongodb:27017/?compressors=disabled&gssapiServiceName=mongodb
Implicit session: session { "id" : UUID("83892098-096c-4521-acf4-54aa13312392") }
MongoDB server version: 4.4.29
Welcome to the MongoDB shell.
For interactive help, type "help".
For more comprehensive documentation, see
  https://docs.mongodb.com/
Questions? Try the MongoDB Developer Community Forums
  https://community.mongodb.com
---
The server generated these startup warnings when booting:
        2024-04-23T06:18:17.563+00:00: Access control is not enabled for the database. Read and write access to data and configuration is unrestricted
        2024-04-23T06:18:17.563+00:00: /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/enabled is 'always'. We suggest setting it to 'never'
---
>

关于run相关参数

$ kubectl run nginx --image=nginx
- 启动一个 Nginx 实例
$ kubectl run hazelcast --image=hazelcast --port=5701
- 启动一个 hazelcast 单个实例，并开放容器的5701端口
$ kubectl run hazelcast --image=hazelcast --env="DNS_DOMAIN=cluster" --env="POD_NAMESPACE=default"
- 运行一个 hazelcast 单个实例，并设置容器的环境变量"DNS_DOMAIN=cluster" and “POD_NAMESPACE=default”
$ kubectl run nginx --image=nginx --replicas=5
- 启动一个 replicated 实例去复制 nginx
$ kubectl run nginx --image=nginx --dry-run
- 试运行，不创建他们的情况下，打印出所有相关的 API 对象
$ kubectl run nginx --image=nginx --overrides='{ "apiVersion": "v1", "spec": { ... } }'
- 用可解析的 JSON 来覆盖加载 deployment 的 spec，来运行一个 nginx 单个实例
- 替换 … 为具体key, value
$ kubectl run -i --tty busybox --image=busybox --restart=Never
- 运行一个在前台运行的 busybox 单个实例，如果退出不会重启