1、无状态与有状态

Deployment控制器设计原则：管理的所有Pod一模一样，提供同一个服务，也不考虑在哪台Node运行，可随意扩容和缩容。这种应用称为“无状态”，例如Web服务

但是,在实际的场景中，并不能满足所有应用，尤其是分布式应用，会部署多个实例，这些实例之间往往有依赖关系，例如主从关系、主备关系，这种应用称为“有状态”，例如MySQL主从、Etcd集群、redis-cluster 等等

2、StatefulSet 控制器概述

StatefulSet控制器用于部署有状态应用，满足一些有状态应用的需求：

? Pod有序的部署、扩容、删除和停止

? Pod分配一个稳定的且唯一的网络标识

? Pod分配一个独享的存储

3、StatefulSet 控制器：网络标识

稳定的网络标识：

使用无头服务 Headless Service（相比普通Service只是将spec.clusterIP定义为None，也就是没有clusterIP，使用endport 来通信）来维护Pod网络身份，会为每个Pod分配一个数字编号并且按照编号顺序部署。还需要在StatefulSet添加serviceName: “nginx”字段指定StatefulSet控制器要使用这个Headless Service。

稳定主要体现在主机名和Pod A记录：

? 主机名：<statefulset名称>-<编号>

? Pod DNS A记录：<statefulset名称-编号>.<service-name> .<namespace>.svc.cluster.local （POD 之间通过DNS A 记录通信）

例如: web-0.web.default.svc.cluster.local

备注：

A记录： 将域名指向一个IPv4地址（例如：100.100.100.100），需要增加A记录
CNAME记录： 如果将域名指向一个域名，实现与被指向域名相同的访问效果，需要增加CNAME记录。这个域名一般是主机服务商提供的一个域名
MX记录： 建立电子邮箱服务，将指向邮件服务器地址，需要设置MX记录。建立邮箱时，一般会根据邮箱服务商提供的MX记录填写此记录
NS记录： 域名解析服务器记录，如果要将子域名指定某个域名服务器来解析，需要设置NS记录
TXT记录： 可任意填写，可为空。一般做一些验证记录时会使用此项，如：做SPF（反垃圾邮件）记录
AAAA记录： 将主机名（或域名）指向一个IPv6地址（例如：ff03:0:0:0:0:0:0:c1），需要添加AAAA记录

案例：

通过创建一个 nginx 应用的statefluset 控制器

创建 Headless Service ,定义 clusterIP: None (表示K8S 不会在给这个service 去颁发一个clusterIP 了；相比 deployment 控制器 的每个POD 都是相同的，而 statefuset 控制器的每个POD 都是有状态的

需要单独去访问 )

[root@master-1 statefulset]# vim service.yaml 
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: web
spec:
  clusterIP: None
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
  selector:
    app: nginx

[root@master-1 statefulset]# kubectl apply -f service.yaml 

[root@master-1 statefulset]# kubectl get service
NAME         TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
web          ClusterIP   None         <none>        80/TCP    8m18s

#创建statefulset，指定serviceName

[root@master-1 statefulset]# cat statefulset.yaml 
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: web
spec:
  serviceName: "web"
  replicas: 3 
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx 
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx 
        ports:
        - containerPort: 80
          name: web
          

[root@master-1 statefulset]# kubectl apply -f statefulset.yaml
statefulset.apps/web created


#发现pod名称 带有序号
[root@master-1 statefulset]# kubectl get pods
NAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGE
web-0   1/1     Running   0          16s
web-1   1/1     Running   0          13s
web-2   1/1     Running   0          6s




#查了POD的主机名
主机名 默认与 POD 名一致，即使POD 飘逸到其他node 上 或者删除后重建  主机名 都是和POD  名一致。有个稳定的主机名


[root@master-1 statefulset]# kubectl exec -it web-0 -- hostname
web-0
[root@master-1 statefulset]# kubectl exec -it web-1 -- hostname
web-1
[root@master-1 statefulset]# kubectl exec -it web-2 -- hostname
web-2



#临时启动一个busybox pod ，测试dns 解析(注意这里的busybox版本为1.28.4 最新版的busybox nslookup 会有问题)
[root@master-1 statefulset]# kubectl run -it dns-test --rm --image=busybox:1.28.4 -- sh
/ # nslookup web
Server:    10.0.0.2
Address 1: 10.0.0.2 kube-dns.kube-system.svc.cluster.local

Name:      web
Address 1: 10.244.2.114 web-2.web.default.svc.cluster.local
Address 2: 10.244.2.113 web-0.web.default.svc.cluster.local
Address 3: 10.244.1.65 web-1.web.default.svc.cluster.local


可以看到解析出3条记录出来，解析出对应的三个Pod IP记录，其他Pod可使用这个名称访问


模拟测试删除这些 pod ，升级镜像版本，发现pod ip虽然发生变化，但是 主机名，Pod DNS A记录 不会发生变化
/ # nslookup web
Server:    10.0.0.2
Address 1: 10.0.0.2 kube-dns.kube-system.svc.cluster.local

Name:      web
Address 1: 10.244.2.116 web-2.web.default.svc.cluster.local
Address 2: 10.244.2.115 web-0.web.default.svc.cluster.local
Address 3: 10.244.1.66  web-1.web.default.svc.cluster.local

这个就验证了 statefulset 的 Pod是 有序的部署、扩容、删除和停止 且 给每一个POD 分配一个稳定的且唯一的网络标识

4、StatefulSet 控制器：独享存储

独享存储：StatefulSet的存储卷使用VolumeClaimTemplate创建，称为卷申请模板，当StatefulSet使用VolumeClaimTemplate创建一个PersistentVolume时，

同样也会为每个Pod分配并创建一个编号的PVC，每个PVC绑定对应的PV，从而保证每个Pod都拥有独立的存储。

在创建StatefulSet 控制器 独享存储前，需要先定义好存储卷，使用pv 作为持久化存储卷，后端存储为NFS

这里采用动态PV 的方式（NFS server 搭建的过程省略）

一、部署NFS服务器

#服务器安装nfs服务，提供nfs存储功能
1、安装nfs-utils
yum install nfs-utils (centos)
或者  apt-get install nfs-kernel-server (ubuntu)

2、启动服务
systemctl enable nfs-server
systemctl start nfs-server

3、创建共享目录完成共享配置
mkdir /home/nfs   #创建共享目录

4、编辑共享配置
vim /etc/exports                                           
#语法格式：    共享文件路径     客户机地址（权限）     #这里的客户机地址可以是IP,网段，域名,也可以是任意*
/home/nfs  *(rw,async,no_root_squash)

服务自检命令 
exportfs -arv


5、重启服务
systemctl restart nfs-server


6、本机查看nfs 共享目录
#showmount -e 服务器IP地址 (如果提示命令不存在，则需要yum install showmount)

showmount -e 127.0.0.1
/home/nfs/nginx *



7、客户端模拟挂载[所有k8s的节点都需要安装客户端]
[root@master-1 ~]# yum install nfs-utils （centos）
或者  apt-get install nfs-common （ubuntu）
[root@master-1 ~]# mkdir /test
[root@master-1 ~]# mount -t nfs 172.16.201.209:/home/nfs /test

#取消挂载
[root@master-1 ~]# umount /test

二、配置PV 动态供给（NFS StorageClass），创建pvc

#部署NFS实现自动创建PV插件： 一共设计到4个yaml 文件 ，官方的文档有详细的说明

https://github.com/kubernetes-incubator/external-storage

root@k8s-master1:~ # mkdir  /root/pvc
root@k8s-master1:~ # cd   /root/pvc

• 创建rbac.yaml 文件

root@k8s-master1:pvc # cat rbac.yaml 
kind: ServiceAccount
apiVersion: v1
metadata:
  name: nfs-client-provisioner
---
kind: ClusterRole
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: nfs-client-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: ["create", "update", "patch"]
---
kind: ClusterRoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: run-nfs-client-provisioner
subjects:
  - kind: ServiceAccount
    name: nfs-client-provisioner
    namespace: default
roleRef:
  kind: ClusterRole
  name: nfs-client-provisioner-runner
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
---
kind: Role
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: leader-locking-nfs-client-provisioner
rules:
  - apiGroups: [""]
    resources: ["endpoints"]
    verbs: ["get", "list", "watch", "create", "update", "patch"]
---
kind: RoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: leader-locking-nfs-client-provisioner
subjects:
  - kind: ServiceAccount
    name: nfs-client-provisioner
    # replace with namespace where provisioner is deployed
    namespace: default
roleRef:
  kind: Role
  name: leader-locking-nfs-client-provisioner
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

• 创建deployment.yaml 文件

#官方默认的镜像地址，国内可能无法下载，可以使用 image: fxkjnj/nfs-client-provisioner:latest

#定义NFS 服务器的地址，共享目录名称

root@k8s-master1:pvc # cat deployment.yaml 
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  name: nfs-client-provisioner
---
kind: Deployment
apiVersion: apps/v1 
metadata:
  name: nfs-client-provisioner
spec:
  replicas: 1
  strategy:
    type: Recreate
  selector:
    matchLabels:
      app: nfs-client-provisioner
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nfs-client-provisioner
    spec:
      serviceAccountName: nfs-client-provisioner
      containers:
        - name: nfs-client-provisioner
          image: fxkjnj/nfs-client-provisioner:latest
          volumeMounts:
            - name: nfs-client-root
              mountPath: /persistentvolumes
          env:
            - name: PROVISIONER_NAME
              value: fuseim.pri/ifs
            - name: NFS_SERVER
              value: 172.16.201.209 
            - name: NFS_PATH
              value: /home/nfs
      volumes:
        - name: nfs-client-root
          nfs:
            server: 172.16.201.209
            path: /home/nfs

• 创建class.yaml

# archiveOnDelete: "true" 表示当PVC 删除后，后端数据不直接删除，而是归档

root@k8s-master1:pvc # cat class.yaml 
apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: managed-nfs-storage
provisioner: fuseim.pri/ifs # or choose another name, must match deployment's env PROVISIONER_NAME'
parameters:
  archiveOnDelete: "true"

• 查看存储类

root@k8s-master1:~/kubernetes/redis# kubectl get sc
NAME                  PROVISIONER      RECLAIMPOLICY   VOLUMEBINDINGMODE   ALLOWVOLUMEEXPANSION   AGE
managed-nfs-storage   fuseim.pri/ifs   Delete          Immediate           false                  6s

基于上面的内容创建 statefulset.yaml 文件

root@k8s-master1:~ # mkdir /root/statefulset
root@k8s-master1:~ # cd  /root/statefulset
root@k8s-master1:statefulset # vim  statefulset.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: web
spec:
  serviceName: "web"
  replicas: 3 
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx 
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.16 
        ports:
        - containerPort: 80
          name: web
        volumeMounts:
        - name: nginx-pvc		#指定PVC名称
          mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumeClaimTemplates:		#相当于pvc模板
  - metadata:
      name: nginx-pvc			#创建的PVC名称
    spec:
      storageClassName: "managed-nfs-storage"	#指定动态PV名称
      accessModes:
      - ReadWriteOnce			#访问模式,读写在单台机器
      resources:
        requests:
          storage: 1Gi


root@k8s-master1:statefulset #  kubectl apply -f statefulset.yaml
statefulset.apps/web created

root@k8s-master1:~/kubernetes/statefulset# kubectl get pv
NAME                                       CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS   CLAIM                     STORAGECLASS          REASON   AGE
pvc-8eacbe25-3875-4f78-91ca-ba83b6967a8a   100Gi      RWX            Delete           Bound    redis/nfs-redis           managed-nfs-storage            6d
pvc-935033b7-9ac8-4346-8543-1f95492dcde9   1Gi        RWO            Delete           Bound    default/nginx-pvc-web-1   managed-nfs-storage            39s
pvc-bd3a8c59-b66d-457b-a6f2-90f3b7f9ebf0   1Gi        RWO            Delete           Bound    default/nginx-pvc-web-2   managed-nfs-storage            19s
pvc-be5cf42a-aeaa-4667-901c-77e1d2350f49   1Gi        RWO            Delete           Bound    default/nginx-pvc-web-0   managed-nfs-storage            61s



root@k8s-master1:~/kubernetes/statefulset# kubectl get pvc
NAME              STATUS   VOLUME                                     CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS          AGE
nginx-pvc-web-0   Bound    pvc-be5cf42a-aeaa-4667-901c-77e1d2350f49   1Gi        RWO            managed-nfs-storage   82s
nginx-pvc-web-1   Bound    pvc-935033b7-9ac8-4346-8543-1f95492dcde9   1Gi        RWO            managed-nfs-storage   61s
nginx-pvc-web-2   Bound    pvc-bd3a8c59-b66d-457b-a6f2-90f3b7f9ebf0   1Gi        RWO            managed-nfs-storage   40s

oot@k8s-master1:~/kubernetes/statefulset# kubectl get pods --show-labels 
NAME                                      READY   STATUS    RESTARTS   AGE     LABELS
web-0                                     1/1     Running   0          4m50s   app=nginx,controller-revision-hash=web-b56c497b,statefulset.kubernetes.io/pod-name=web-0
web-1                                     1/1     Running   0          4m29s   app=nginx,controller-revision-hash=web-b56c497b,statefulset.kubernetes.io/pod-name=web-1
web-2                                     1/1     Running   0          4m8s    app=nginx,controller-revision-hash=web-b56c497b,statefulset.kubernetes.io/pod-name=web-2

#分别进入到3个pod 中，写入一个数据，验证各自的独享存储
root@k8s-master1:~/kubernetes/statefulset# kubectl  get pods -o wide --selector app=nginx
NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP               NODE        NOMINATED NODE   READINESS GATES
web-0                               1/1     Running   0          7m6s    10.244.169.179   k8s-node2   <none>           <none>
web-1                               1/1     Running   0          6m45s   10.244.107.228   k8s-node3   <none>           <none>
web-2                               1/1     Running   0          6m24s   10.244.169.180   k8s-node2   <none>           <none>


[root@master-1 ~]# kubectl exec -it web-0 -- bash -c "echo 'congratulations  web-0 for k8s' > /usr/share/nginx/html/index.html"
[root@master-1 ~]# kubectl exec -it web-1 -- bash -c "echo 'congratulations  web-1 for k8s' > /usr/share/nginx/html/index.html"
[root@master-1 ~]# kubectl exec -it web-2 -- bash -c "echo 'congratulations  web-2 for k8s' > /usr/share/nginx/html/index.html"


#直接访问pod IP 测试内容：
root@k8s-master1:~/kubernetes/statefulset# curl 10.244.169.179
congratulations  web-0 for k8s

root@k8s-master1:~/kubernetes/statefulset# curl  10.244.107.228
congratulations  web-1 for k8s

root@k8s-master1:~/kubernetes/statefulset#  curl 10.244.169.180
congratulations  web-2 for k8s

删除statefulset

删除statefulset 有两张方法，级联删除 和 非级联删除

• 使用非级联删除 statefulset 时，statefulset 的POD 不会被删除
• 使用级联删除时，statefulset 和 pod 都会被删除

（1）、非级联删除

使用kubectl  delete statefulset XXXX 删除 statefulset ,只需要提供 --cascade=false 参数，就会采用非联机删除，此时删除statefulset 不会删除pod

kubectl delete statefulset web --cascade=false


（2）、级联删除
省略 --cascade=false 参数 即可

kubectl delete statefulset web