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k8s的StatefulSet（有状态服务）实现

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。

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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：
k8s的StatefulSet（有状态服务）实现
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

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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

k8s的StatefulSet（有状态服务）实现

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

k8s的StatefulSet（有状态服务）实现

（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

k8s的StatefulSet（有状态服务）实现

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
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