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k8s的statefulset（有状态服务）实现(代码片段)

author  author  2023-04-19  606

关键词：

StatefulSet介绍

遇到的问题：

使用Deployment创建的Pod是无状态的，当挂在Volume之后，如果该Pod挂了，Replication Controller会再run一个来保证可用性，但是由于是无状态的，Pod挂了的时候与之前的Volume的关系就已经断开了，新起来的Pod无法找到之前的Pod。但是对于用户而言，他们对底层的Pod挂了没有感知，但是当Pod挂了之后就无法再使用之前挂载的磁盘了。

StatefulSet: 是一种给Pod提供唯一标志的控制器，它可以保证部署和扩展的顺序。

Pod一致性：包含次序（启动、停止次序）、网络一致性。此一致性与Pod相关，与被调度到哪个node节点无关。

稳定的次序：对于N个副本的StatefulSet，每个Pod都在[0，N)的范围内分配一个数字序号，且是唯一的。

稳定的网络：Pod的hostname模式为(statefulset名称)- (序号)。

稳定的存储：通过VolumeClaimTemplate为每个Pod创建一个PV。删除、减少副本，不会删除相关的卷。

(1) RC、 RS、Deployment、DS。-----> 无状态服务

template(模板):根据模板创建出来的Pod,它们J的状态都是一模一样的(除了名称，IP, 域名之外)

可以理解为:任何一个Pod, 都可以被删除，然后用新生成的Pod进行替换。

(2) 有状态的服务: 需要记录前一次或者多次通信中的相关事件，以作为一下通信的分类标准。比如: mysql等数据库服务。(Pod的名称，不能随意变化。数据持久化的目录也是不一样，每一个Pod都有自己独有的数据持久化存储目录。)

mysql:主从关系。

如果把之前无状态的服务比喻为牛、羊等牲畜，因为，这些到一定时候就可以”送出“。那么，有状态就比喻为:宠物，而宠物不像牲畜一样到达一定时候“送出”，人们往往会照顾宠物的一生。

(3) 每一个Pod---->对应一个PVC---->每一个PVC对应一个PV。

storageclass:自动创建PV

需要解决:自动创建PVC。

实现原理

与 ReplicaSet 和 Deployment 资源一样，StatefulSet 也使用控制器的方式实现，它主要由 StatefulSetController、StatefulSetControl 和 StatefulPodControl 三个组件协作来完成 StatefulSet 的管理，StatefulSetController 会同时从 PodInformer 和 ReplicaSetInformer 中接受增删改事件并将事件推送到队列中：
技术图片
控制器 StatefulSetController 会在 Run 方法中启动多个 Goroutine 协程，这些协程会从队列中获取待处理的 StatefulSet 资源进行同步，接下来我们会先介绍 Kubernetes 同步 StatefulSet 的过程。

1，例子

（1）创建一个statefulset的yaml文件

[root@master yaml]# vim statefulset.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: headless-svc
  labels:
    app: headless-svc
spec:
  ports:
  - port: 80
  selector:
    app: headless-pod
  clusterIP: None     #没有同一的ip
---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: statefulset-test
spec:
  serviceName: headless-svc
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: headless-pod
  template:
    metadata:
      labels:
        app: headless-pod
    spec:
      containers:
      - name: myhttpd
        image: httpd
        ports:
        - containerPort: 80

Deployment : Deploy+RS+随机字符串(Pod的名称。)没有顺序的，可
以没随意替代的。

1、headless-svc :无头服务。因为没有IP地址，所以它不具备负载均衡的功能了。因为statefulset要求Pod的名称是有顺序的，每一个Pod都不能被随意取代，也就是即使Pod重建之后，名称依然不变。为后端的每一个Pod去命名。

2、statefulSet:定义具体的应用

3、volumeClaimT emplates:自动创建PVC，为后端的Pod提供专有的存储。

执行一下

[root@master yaml]# kubectl apply -f statefulset.yaml

查看一下

[root@master yaml]# kubectl get svc

技术图片

[root@master yaml]# kubectl get pod
//可看到这些pod是有顺序的

技术图片

一、创建StorageClass资源对象。

1、基于NFS服务，创建NFS服务。

下载nfs所需安装包

[root@node02 ~]# yum -y install nfs-utils  rpcbind

创建共享目录

[root@master ~]# mkdir /nfsdata

创建共享目录的权限

[root@master ~]# vim /etc/exports
/nfsdata *(rw,sync,no_root_squash)

开启nfs和rpcbind

[root@master ~]# systemctl start nfs-server.service 
[root@master ~]# systemctl start rpcbind

测试一下

[root@master ~]# showmount -e

技术图片

2、创建rbac权限。

[root@master yaml]# vim rbac-rolebind.yaml 
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  name: nfs-provisioner
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRole
metadata:
  name: nfs-provisioner-runner
rules:
   -  apiGroups: [""]
      resources: ["persistentvolumes"]
      verbs: ["get", "list", "watch", "create", "delete"]
   -  apiGroups: [""]
      resources: ["persistentvolumeclaims"]
      verbs: ["get", "list", "watch", "update"]
   -  apiGroups: ["storage.k8s.io"]
      resources: ["storageclasses"]
      verbs: ["get", "list", "watch"]
   -  apiGroups: [""]
      resources: ["events"]
      verbs: ["watch", "create", "update", "patch"]
   -  apiGroups: [""]
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  name: nfs-provisioner
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRole
metadata:
  name: nfs-provisioner-runner
rules:
   -  apiGroups: [""]
      resources: ["persistentvolumes"]
      verbs: ["get", "list", "watch", "create", "delete"]
   -  apiGroups: [""]
      resources: ["persistentvolumeclaims"]
      verbs: ["get", "list", "watch", "update"]
   -  apiGroups: ["storage.k8s.io"]
      resources: ["storageclasses"]
      verbs: ["get", "list", "watch"]
   -  apiGroups: [""]
      resources: ["events"]
      verbs: ["watch", "create", "update", "patch"]
   -  apiGroups: [""]
      resources: ["services", "endpoints"]
      verbs: ["get","create","list", "watch","update"]
   -  apiGroups: ["extensions"]
      resources: ["podsecuritypolicies"]
      resourceNames: ["nfs-provisioner"]
      verbs: ["use"]
---
kind: ClusterRoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: run-nfs-provisioner
subjects:
  - kind: ServiceAccount
    name: nfs-provisioner
    namespace: default   #必写字段
roleRef:
  kind: ClusterRole
  name: nfs-provisioner-runner
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

执行一下

[root@master yaml]# kubectl apply -f rbac-rolebind.yaml

3、创建Deployment资源对象，用Pod代替真正的NFS服务。

[root@master yaml]# vim nfs-deployment.yaml 
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: nfs-client-provisioner
spec:
  replicas: 1
  strategy:
    type: Recreate
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nfs-client-provisioner
    spec:
      serviceAccount: nfs-provisioner
      containers:
        - name: nfs-client-provisioner
          image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/open-ali/nfs-client-provisioner
          volumeMounts:
            - name: nfs-client-root
              mountPath:  /persistentvolumes
          env:
            - name: PROVISIONER_NAME
              value: bdqn
            - name: NFS_SERVER
              value: 192.168.1.21
            - name: NFS_PATH
              value: /nfsdata
      volumes:
        - name: nfs-client-root
          nfs:
            server: 192.168.1.21
            path: /nfsdata

执行一下

[root@master yaml]# kubectl apply -f nfs-deployment.yaml

查看一下

[root@master yaml]# kubectl get pod

技术图片

4、创建storageclass的yaml文件

[root@master yaml]# vim test-storageclass.yaml 
apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: stateful-nfs
provisioner: bdqn  #通过provisioner字段关联到上述Deploy
reclaimPolicy: Retain

执行一下

[root@master yaml]# kubectl apply -f test-storageclass.yaml

查看一下

[root@master yaml]# kubectl get sc

技术图片

二，解决自动创建pvc

1、创建statefulset的yaml文件

[root@master yaml]# vim statefulset.yaml 
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: headless-svc
  labels:
    app: headless-svc
spec:
  ports:
  - port: 80
    name: myweb
  selector:
    app: headless-pod
  clusterIP: None
---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: statefulset-test
spec:
  serviceName: headless-svc
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: headless-pod
  template:
    metadata:
      labels:
        app: headless-pod
    spec:
      containers:
      - image: httpd
        name: myhttpd
        ports:
        - containerPort: 80
          name: httpd
        volumeMounts:
        - mountPath: /mnt
          name: test
  volumeClaimTemplates:  #> 自动创建PVC，为后端的Pod提供专有的存储。**
  - metadata:
      name: test
      annotations:   #这是指定storageclass
        volume.beta.kubernetes.io/storage-class: stateful-nfs
    spec:
      accessModes:
        - ReadWriteOnce
      resources:
        requests:
          storage: 100Mi

在此示例中：

创建了一个名为 headless-svc 的 Service 对象，由 metadata: name 字段指示。该 Service 会定位一个名为 headless-svc 的应用，由 labels: app: headless-svc 和 selector: app: headless-pod 指示。该 Service 会公开端口 80 并将其命名为 web。而且该 Service 会控制网域并将互联网流量路由到 StatefulSet 部署的容器化应用。
使用三个副本 Pod (replicas: 3) 创建了一个名为 web 的 StatefulSet。
Pod 模板 (spec: template) 指示其 Pod 标记为 app: headless-pod。
Pod 规范 (template: spec) 指示 StatefulSet 的 Pod 运行一个容器 myhttpd，该容器运行版本为 httpd 映像。容器映像由 Container Registry 管理。
Pod 规范使用由 Service 打开的 web 端口。
template: spec: volumeMounts 指定一个名为 test 的 mountPath。mountPath 是容器中应装载存储卷的路径。
StatefulSet 预配了一个具有 100mb 预配存储空间的 PersistentVolumeClaim：test。

执行一下

[root@master yaml]# kubectl apply -f statefulset.yaml

查看一下

[root@master yaml]# kubectl get pod

技术图片

如果第一个pod出现了问题，后面的pod就不会生成。

[root@master yaml]# kubectl get statefulsets

技术图片

2、验证一下数据存储

容器中创建文件

[root@master yaml]# kubectl exec -it statefulset-test-0 /bin/sh
# cd /mnt
# touch testfile
# exit

宿主机查看一下

[root@master yaml]# ls /nfsdata/default-test-statefulset-test-0-pvc-bf1ae1d0-f496-4d69-b33b-39e8aa0a6e8d/
testfile

三、小实验

以自己的名称创建一个名称空间，以下所有资源都运行在此空间中。用statefuset资源运行一个httpd web服务，要求3个Pod，但是每个Pod的主界面内容不一样，并且都要做专有的数据持久化，尝试删除其中一个Pod，查看新生成的Pod，总结对比与之前Deployment资源控制器控制的Pod有什么不同之处？

（一）创建StorageClass资源对象。

注意：nfs服务要开启

1、创建namespace的yaml文件

[root@master yaml]# vim namespace.yaml 
kind: Namespace
apiVersion: v1
metadata:
  name: xgp-lll    #namespave的名称

执行一下

[root@master yaml]# kubectl apply -f namespace.yaml

查看一下

[root@master yaml]# kubectl get namespaces

技术图片

2. 创建rbac权限。

[root@master yaml]# vim rbac-rolebind.yaml
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  name: nfs-provisioner
  namespace: xgp-lll
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRole
metadata:
  name: nfs-provisioner-runner
  namespace: xgp-lll
rules:
   -  apiGroups: [""]
      resources: ["persistentvolumes"]
      verbs: ["get", "list", "watch", "create", "delete"]
   -  apiGroups: [""]
      resources: ["persistentvolumeclaims"]
      verbs: ["get", "list", "watch", "update"]
   -  apiGroups: ["storage.k8s.io"]
      resources: ["storageclasses"]
      verbs: ["get", "list", "watch"]
   -  apiGroups: [""]
      resources: ["events"]
      verbs: ["watch", "create", "update", "patch"]
   -  apiGroups: [""]
      resources: ["services", "endpoints"]
      verbs: ["get","create","list", "watch","update"]
   -  apiGroups: ["extensions"]
      resources: ["podsecuritypolicies"]
      resourceNames: ["nfs-provisioner"]
      verbs: ["use"]
---
kind: ClusterRoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: run-nfs-provisioner
subjects:
  - kind: ServiceAccount
    name: nfs-provisioner
    namespace: xgp-lll
roleRef:
  kind: ClusterRole
  name: nfs-provisioner-runner
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

执行一下

[root@master yaml]# kubectl apply -f rbac-rolebind.yaml

3、创建Deployment资源对象，用Pod代替真正的NFS服务。

[root@master yaml]# vim nfs-deployment.yaml 

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: nfs-client-provisioner
  namespace: xgp-lll
spec:
  replicas: 1
  strategy:
    type: Recreate
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nfs-client-provisioner
    spec:
      serviceAccount: nfs-provisioner
      containers:
        - name: nfs-client-provisioner
          image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/open-ali/nfs-client-provisioner
          volumeMounts:
            - name: nfs-client-root
              mountPath:  /persistentvolumes
          env:
            - name: PROVISIONER_NAME
              value: xgp
            - name: NFS_SERVER
              value: 192.168.1.21
            - name: NFS_PATH
              value: /nfsdata
      volumes:
        - name: nfs-client-root
          nfs:
            server: 192.168.1.21
            path: /nfsdata

执行一下

[root@master yaml]# kubectl apply -f nfs-deployment.yaml

查看一下

[root@master yaml]# kubectl get pod  -n xgp-lll

技术图片

4、创建storageclass的yaml文件

[root@master yaml]# vim test-storageclass.yaml 
apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: stateful-nfs
  namespace: xgp-lll
provisioner: xgp  #通过provisioner字段关联到上述Deploy
reclaimPolicy: Retain

执行一下

[root@master yaml]# kubectl apply -f test-storageclass.yaml

查看一下

[root@master yaml]# kubectl get sc -n  xgp-lll

技术图片

（二）解决自动创建pvc

1、创建statefulset的yaml文件

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: headless-svc
  namespace: xgp-lll
  labels:
    app: headless-svc
spec:
  ports:
  - port: 80
    name: myweb
  selector:
    app: headless-pod
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: statefulset-test
  namespace: xgp-lll
spec:
  serviceName: headless-svc
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: headless-pod
  template:
    metadata:
      labels:
        app: headless-pod
    spec:
      containers:
      - image: httpd
        name: myhttpd
        ports:
        - containerPort: 80
          name: httpd
        volumeMounts:
        - mountPath: /usr/local/apache2/htdocs
          name: test
  volumeClaimTemplates:  #> 自动创建PVC，为后端的Pod提供专有的>存储。**
  - metadata:
      name: test
      annotations:   #这是指定storageclass
        volume.beta.kubernetes.io/storage-class: stateful-nfs
    spec:
      accessModes:
        - ReadWriteOnce
      resources:
        requests:
          storage: 100Mi

执行一下

[root@master yaml]# kubectl apply -f statefulset.yaml

查看一下

[root@master yaml]# kubectl get pod -n xgp-lll

技术图片

2、验证一下数据存储

容器中创建文件

第一个
[root@master yaml]# kubectl exec -it -n xgp-lll statefulset-test-0 /bin/bash 
root@statefulset-test-0:/usr/local/apache2# echo 123 > /usr/local/apache2/htdocs/index.html

第二个
[root@master yaml]# kubectl exec -it -n xgp-lll statefulset-test-1 /bin/bash 
root@statefulset-test-2:/usr/local/apache2# echo 456 > /usr/local/apache2/htdocs/index.html

第三个
[root@master yaml]# kubectl exec -it -n xgp-lll statefulset-test-2 /bin/bash 
root@statefulset-test-1:/usr/local/apache2# echo 789 > /usr/local/apache2/htdocs/index.html

宿主机查看一下

第一个
[root@master yaml]# cat /nfsdata/xgp-lll-test-statefulset-test-0-pvc-ccaa02df-4721-4453-a6ec-4f2c928221d7/index.html 
123

第二个
[root@master yaml]# cat /nfsdata/xgp-lll-test-statefulset-test-1-pvc-88e60a58-97ea-4986-91d5-a3a6e907deac/index.html 
456

第三个
[root@master yaml]# cat /nfsdata/xgp-lll-test-statefulset-test-2-pvc-4eb2bbe2-63d2-431a-ba3e-b7b8d7e068d3/index.html 
789

访问一下

技术图片

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正文

k8s的statefulset（有状态服务）实现(代码片段)

遇到的问题：

StatefulSet: 是一种给Pod提供唯一标志的控制器，它可以保证部署和扩展的顺序。

(1) RC、 RS、Deployment、DS。-----> 无状态服务

(3) 每一个Pod---->对应一个PVC---->每一个PVC对应一个PV。

实现原理

1，例子

（1）创建一个statefulset的yaml文件

执行一下

查看一下

一、创建StorageClass资源对象。

1、基于NFS服务，创建NFS服务。

2、创建rbac权限。

执行一下

3、创建Deployment资源对象，用Pod代替 真正的NFS服务。

执行一下

查看一下

4、创建storageclass的yaml文件

执行一下

查看一下

二，解决自动创建pvc

1、创建statefulset的yaml文件

执行一下

查看一下

2、 验证一下数据存储

容器中创建文件

宿主机查看一下

三、小实验

（一）创建StorageClass资源对象。

1、创建namespace的yaml文件

执行一下

查看一下

2. 创建rbac权限。

执行一下

3、创建Deployment资源对象，用Pod代替 真正的NFS服务。

执行一下

查看一下

4、创建storageclass的yaml文件

执行一下

查看一下

（二）解决自动创建pvc

1、创建statefulset的yaml文件

执行一下

查看一下

2、 验证一下数据存储

容器中创建文件

宿主机查看一下

访问一下

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3、创建Deployment资源对象，用Pod代替真正的NFS服务。

2、验证一下数据存储

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