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StatefulSet Service

2024年11月28日
柏拉文
越努力，越幸运

一、认识​

StatefulSet 是 Kubernetes 中专门用于管理有状态应用的控制器。它为每个 Pod 提供稳定的网络标识和独立的存储卷，同时支持有序部署、扩展和缩减。适用于需要数据一致性和稳定性的场景，例如数据库、分布式存储系统和消息队列等。与 Deployment 相比，StatefulSet 主要用于那些需要稳定网络标识、持久存储以及有序部署和扩展的场景，例如数据库、分布式文件系统或队列服务。StatefulSet 通常与 Headless Service 配合使用（clusterIP: None），为每个 Pod 提供固定的 DNS 名称，用于直接访问特定的 Pod。适用于需要稳定标识和数据一致性的有状态应用, 每个 Pod 有固定的 DNS 名称，通常结合 Headless Service 使用。

1.1 绑定规则​

StatefulSet 与 Service 的绑定规则为: Service 的 selector 与 StatefulSet 中的 Pod 标签匹配，用于绑定 Pod; StatefulSet 中的 serviceName 用于匹配 Service 的名称。

service.yaml: selector 用于匹配 statefulSet.yaml 中的 spec.selector.matchLabels

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: test-service
spec:
  selector:
    app: test-nginx

statefulSet.yaml: spec.selector.matchLabels 用于匹配 service.yaml 中的 selector。但是 statefulSet.yaml 中的 spec.selector.matchLabels 必须与 spec.template.metadata.labels 一致；spec.serviceName 用于匹配 service.yaml 中的 metadata.name

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: web
spec:
  serviceName: "web" # 绑定上面的 Headless Service
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: test-nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: test-nginx

1.2 StatefulSet​

StatefulSet 每个 Pod 有固定的名称（如 myapp-0, myapp-1）。Pod 的重启或迁移不会改变其名称和身份。每个 Pod 都有一个与之绑定的持久存储卷（PersistentVolume），即使 Pod 被删除或重建，其存储仍然保持不变。Pod 按顺序创建（0 -> 1 -> 2）或删除（2 -> 1 -> 0）。更新时也会按顺序进行，确保服务不中断。每个 Pod 都有一个固定的 DNS 名称（如 myapp-0.myservice.default.svc.cluster.local）。

1.3 Headless Service​

在 Service 配置中，将 clusterIp 置为 None, 将服务配置为无头服务 Headless Service，使每个 Pod 都有独立的 DNS。Headless Service 的 DNS 格式:

  • 单个 Pod 的 DNS 名称：<Pod 名称>.<Service 名称>.<命名空间>.svc.cluster.local。例如，对于 StatefulSet 名为 web 的 Pod：web-0.web.default.svc.cluster.local, web-1.web.default.svc.cluster.local

  • 服务的 DNS 名称：<Service 名称>.<命名空间>.svc.cluster.local。例如：web.default.svc.cluster.local。

二、操作​

2.1 编写 Service 文件​

编写 test-service.yaml 文件，注意: 将 clusterIP: None 将服务配置为无头服务，使每个 Pod 都有独立的 DNS。

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: test-headless-service
spec:
  clusterIP: None
  ports:
    - name: http
      port: 80
      targetPort: 80
  selector:
    app: test-stateful-set-nginx

2.2 创建 Service 服务​

应用这个 Service

kubectl apply -f test-service.yaml

2.3 编写 StatefulSet 文件​

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: test-stateful-set
spec:
  serviceName: "test-headless-service"
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: test-stateful-set-nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: test-stateful-set-nginx
    spec:
      containers:
        - name: nginx
          image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/bolawen/nginx:1.27.1-perl-linux-arm64
          ports:
            - containerPort: 80
          volumeMounts:
            - name: test-volume
              mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumeClaimTemplates:
    - metadata:
        name: test-volume
      spec:
        accessModes: ["ReadWriteOnce"]
        resources:
          requests:
            storage: 1Gi

2.4 创建 SateFulSet 应用​

应用这个 SateFulSet

kubectl apply -f test-stateFulSet.yaml

2.5 查看 SateFulSet 状态​

kubectl get svc
kubectl get statefulset
kubectl get pods

kubectl describe statefulSet [statefulSet Name]

2.6 验证 DNS 和网络​

进入任意 Pod 中测试 DNS 解析和访问：

kubectl exec -it web-0 -- sh
# 测试访问其他 Pod
ping web-1.web.default.svc.cluster.local
curl web-1.web.default.svc.cluster.local