Kubernetes - Stateful Set - Section - 1：Conception - 《Kubernetes System》

简介：

从1.9 GA版本开始，StatefulSet成为kubernetes的稳定特性，StatefulSet是一种副本控制器，管理pod的部署、缩放等

与ReplicaSet、Deployment不同的是，它对集合中的pod提供顺序、唯一性保证，StatefulSet为集合中的每个pod分配唯一、持久的pod名称、DNS解析、持久化存储，并且负责将这些标识粘在pod上，无论pod调度到任何节点上

StatefulSet 作为 Controller 为 Pod 提供唯⼀的标识，它可以保证部署和 scale 的顺序

StatefulSet是为了解决有状态服务的问题（对应Deployments和ReplicaSets是为无状态服务而设计），其应用场景包括：

稳定的持久化存储： 即Pod重新调度后还是能访问到相同的持久化数据，基于PVC来实现
稳定的网络标志： 即Pod重新调度后其PodName和HostName不变，基于Headless Service（即没有Cluster IP的Service）来实现
有序部署： 即Pod是有顺序的，在部署或者扩展的时候要依据定义的顺序依次依次进行（即从0到N-1，在下⼀个Pod运行之前所有之前的Pod必须都是Running和Ready状态），基于init containers来实现有序收缩，有序删除（即从N-1到0）

组成部分：

从上面的应用场景可以发现， StatefulSet由以下几个部分组成：

用于定义网络标志（DNS domain）的Headless Service
用于创建PersistentVolumes的volumeClaimTemplates
定义具体应用的StatefulSet

StatefulSet中每个Pod的DNS格式：

StatefulSet中每个Pod的DNS格式为 statefulSetName-{0..N-1}.serviceName.namespace.svc.cluster.local ，其中

serviceName 为Headless Service的名字
0..N-1 为Pod所在的序号，从0开始到N-1
statefulSetName 为StatefulSet的名字
namespace 为服务所在的namespace， Headless Servic和StatefulSet必须在相同的namespace
.cluster.local 为Cluster Domain

部署和Scale保证:

对于有N个副本的StatefulSet，Pod将按照{0..N-1}的顺序被创建和部署
当删除Pod的时候，将按照逆序来终结，从{N-1..0}
对Pod执行scale操作之前，它所有的前任必须处于Running和Ready状态
在终止Pod前，它所有的继任者必须处于完全关闭状态

为什么需要 Headless 配合：

在deployment中，每一个pod是没有名称，是随机字符串，是无序的

而statefulset中是要求有序的，每一个pod的名称必须是固定的，当节点挂了，重建之后的标识符是不变的，每一个节点的节点名称是不能改变的，pod名称是作为pod识别的唯一标识符，必须保证其标识符的稳定并且唯一

为了实现标识符的稳定，这时候就需要一个headless service 解析直达到pod，还需要给pod配置一个唯一的名称

为什么需要 volumeClainTemplate ：

大部分有状态副本集都会用到持久存储，比如分布式系统来说，由于数据是不一样的，每个节点都需要自己专用的存储节点

而在deployment中pod模板中创建的存储卷是一个共享的存储卷，多个pod使用同一个存储卷，而statefulset定义中的每一个pod都不能使用同一个存储卷，由此基于pod模板创建pod是不适应的

这就需要引入volumeClainTemplate，当在使用statefulset创建pod时，会自动生成一个PVC，从而请求绑定一个PV，从而有自己专用的存储卷

更新策略：

在Kubernetes 1.7及更高版本中，通过.spec.updateStrategy字段允许配置或禁用Pod、labels、source request/limits、annotations自动滚动更新功能

OnDelete：通过.spec.updateStrategy.type 字段设置为OnDelete，StatefulSet控制器不会自动更新StatefulSet中的Pod，用户必须手动删除Pod，以使控制器创建新的Pod。
RollingUpdate：通过.spec.updateStrategy.type 字段设置为RollingUpdate，实现了Pod的自动滚动更新，如果.spec.updateStrategy未指定，则此为默认策略

StatefulSet控制器将删除并重新创建StatefulSet中的每个Pod，它将以Pod终止（从最大序数到最小序数）的顺序进行，一次更新每个Pod，在更新下一个Pod之前，必须等待这个Pod Running and Ready

Partitions：通过指定 .spec.updateStrategy.rollingUpdate.partition 来对 RollingUpdate 更新策略进行分区，如果指定了分区，则当 StatefulSet 的 .spec.template 更新时，具有大于或等于分区序数的所有 Pod 将被更新

具有小于分区的序数的所有 Pod 将不会被更新，即使删除它们也将被重新创建，如果 StatefulSet 的 .spec.updateStrategy.rollingUpdate.partition 大于其 .spec.replicas，则其 .spec.template 的更新将不会传播到 Pod，在大多数情况下，不需要使用分区。