深入解析：无状态服务与StatefulSet

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@小白创作中心

深入解析：无状态服务与StatefulSet

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CSDN

https://m.blog.csdn.net/lyfqyr/article/details/145830358

在Kubernetes中，无状态服务和有状态服务的管理方式存在本质区别。本文将深入解析这两种服务类型的特点，并重点介绍如何使用StatefulSet来管理有状态服务。

一、有状态服务 VS 无状态服务

1.无状态服务介绍

数据方面：无状态服务不会在本地存储持久化数据。多个实例可以共享相同的持久化数据。
结果方面：多个服务实例对于同一个用户请求的响应结果是完全一致的。
关系方面：这种多服务实例之间是没有依赖关系。
影响方面：在k8s控制器中动态启停无状态服务的pod并不会对其它的pod产生影响。
示例方面：nginx实例，tomcat实例，web应用。
资源方面：相关的k8s资源有：ReplicaSet、ReplicationController、Deployment。
创建方式：Deployment被设计用来管理无状态服务的pod，每个pod完全一致。
原因如下：
无状态服务内的多个Pod创建的顺序是没有顺序的
无状态服务内的多个Pod的名称是随机的
pod被重新启动调度后，它的名称与IP都会发生变化
无状态服务内的多个Pod背后是共享存储的
缩容方式：随机缩容
由于是无状态服务，所以这些控制器创建的pod序号都是随机值。并且在缩容也是随机，并不会明确缩容某一个pod。因为所有实例得到的返回值都是一样，所以缩容任何一个pod都可以。

2.有状态服务介绍

数据方面：有状态服务需要在本地存储持久化数据，典型的是分布式数据库的应用。
结果方面：实例之间，请求结果可能存在不一致。
关系方面：分布式节点实例之间有依赖的拓扑关系。比如，主从关系。
影响方面：如果K8S停止分布式集群中的任一实例pod，就可能会导致数据丢失或者集群的crash。
示例方面：mysql数据库、kafka、zookeeper、Redis主从架构。
资源方面：statefulSet。
创建方式：statefulSet管理
Pod的特点：
唯一性：每个Pod会被分配一个唯一序号
顺序性：Pod启动、更新、销毁是线性的，按顺序进行
稳定的网络标识：Pod主机名、DNS地址不会随着Pod被重新调度而发生变化。
稳定的持久化存储：Pod被重新调度后，仍然能挂载原有的PV，从而保证了数据的完整性和一致性。
缩容方式：有顺序的缩容
StatefulSet缩容只会操作一个pod实例，因此有状态应用的缩容相对于无状态的缩容速度慢。

二、深入解析有状态服务

1.基本介绍

在 Kubernetes 中，有状态服务可以使用 StatefulSet 来进行部署和管理。StatefulSet 可以确保有状态服务的有序部署和缩放，并在节点失败时自动重新启动实例。与 Deployment 不同，StatefulSet 提供了稳定的网络标识符和稳定的存储卷名称，以确保有状态服务在重新调度后仍能够保持其身份和数据。

以下是有状态服务在 Kubernetes 中的一些重要概念和实践：

Headless Service：Headless Service 是一种没有 Cluster IP 的 Service，它提供了一个稳定的 DNS 记录，以便有状态服务可以通过 DNS 查找彼此。Headless Service 通常与 StatefulSet 配合使用，以确保每个 Pod 都有唯一的 DNS 记录和稳定的网络标识符。
PersistentVolume：PersistentVolume 是一种 Kubernetes 资源，它表示一个持久化存储卷。有状态服务通常使用 PersistentVolume 来持久化存储数据。
StatefulSet：StatefulSet 是一种 Kubernetes 资源，用于部署有状态服务。StatefulSet 可以确保有序部署和缩放，并在节点故障时自动重新启动实例。StatefulSet 还提供了稳定的网络标识符和稳定的存储卷名称，以确保有状态服务在重新调度后仍能够保持其身份和数据。
Init Containers：Init Containers 是一种特殊类型的容器，它们在应用程序容器启动之前运行，并可以执行一些初始化任务，例如创建数据库或检查数据完整性。有状态服务通常使用 Init Containers 来进行一些必要的初始化操作。

总之，在 Kubernetes 中管理有状态服务需要使用一些特定的概念和实践，例如 Headless Service、PersistentVolume、StatefulSet 和 Init Containers。这些工具和实践可以确保有状态服务的可靠性和一致性，并使其在节点故障和重新调度时能够正确地恢复和保持状态。

2.使用介绍

Headless Service 是 Kubernetes 中的一种服务类型，它不会分配 Cluster IP，并且不会进行负载均衡。相反，它返回与服务中的每个端点相对应的 DNS 记录，这些记录可以用于直接访问这些端点。Headless Service 通常用于需要直接与 Pod 进行通信的情况，例如 StatefulSet。

下面是一个使用 Headless Service 的示例代码：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-headless-service
spec:
  clusterIP: None
  selector:
    app: my-app
  ports:
- name: http
      port: 80
      targetPort: 8080
---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: my-statefulset
spec:
  serviceName: my-headless-service
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: my-app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: my-app
    spec:
      containers:
- name: my-container
          image: my-image
          ports:
- containerPort: 8080
          env:
- name: MY_POD_NAME
              valueFrom:
                fieldRef:
                  fieldPath: metadata.name

在上述示例中，定义了一个 Headless Service，名为 my-headless-service，并将其设置为 clusterIP: None，这样它就不会分配 Cluster IP。
然后，定义了一个 StatefulSet，名为 my-statefulset，并指定了 serviceName: my-headless-service，这意味着 StatefulSet 将使用我们定义的 Headless Service。
还指定了 replicas: 3，这意味着我们将有三个 Pod。每个 Pod 包含一个名为 my-container 的容器，该容器使用名为 my-image 的映像，并公开端口 8080。
还将 MY_POD_NAME 环境变量设置为 Pod 的名称，以便容器可以使用该名称来识别自己。
这是一个基本的 Headless Service 示例，当访问服务时，它将返回每个 Pod 的 DNS 记录，可以使用这些记录来直接访问每个 Pod。