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Kubernetes系列(四)StatefulSet

智能的司机

我是老司机

1星期前

作者: LemonNan

StatefulSet

前言

前几篇讲解的都是关于无状态的应用, 今天这篇介绍 Kubernetes 中的另一种应用, 有状态应用, 而 有状态的应用是由 StatefulSet 来进行管理部署 , StatefulSet 也是 kubernetes 中的一种资源类型, 作用类似于无状态应用的 Deployment .

操作的基础

最近的文章都是基于 minikube 进行的操作, 所以时不时的需要进入到 minikube 里面进行一些操作的验证, 所以把进入 minikube 的操作记录在这.

# minikube 默认用户名:docker 密码:tcuser , 我的地址是 192.168.99.100
ssh docker@192.168.99.100
复制代码

概念介绍

无状态 VS 有状态

之前介绍的无状态应用, 看过的朋友一定有印象, 在 Deployment 控制器每次调度的时候, 比如关掉了一个 Pod, 然后再重新启动一个 Pod, 那 Pod 的名称一定是不相同的, 虽然前缀都一样, 但是后面的随机字符串每次都是不同的, 也就是如果之前对应服务保存了一些东西, 后面启动的 Pod 无法使用, 从这里就引申出了 能继续使用之前的比如持久化数据 , 也就是 有状态应用.

而有状态应用呢, 主要用于一些数据的保存和恢复, 简单来说就是, 可以恢复之前使用时的应用状态(信息及数据) .

Deployment VS StatefulSet

Deployment 中的Pod名称包含随机字符串, 索尼每次启动 Pod 的名称都不一样, 而 StatefulSet 每次启动的名称都会一样, Pod 名称是集群中的一个唯一标识.

基于 StatefulSet 创建的应用的启动顺序是有严格限制的, 其基于 init controller 实现. 当被创建的时候, StatefulSet 创建应用的顺序为 0 ~ N-1, 而删除的时候, 应用的终止顺序为 N-1 ~ 0. 而 Deployment 的创建是无序的.

当扩容的时候, 必须前面的 N 个容器都必须处于 Running 和 Ready 状态, 才能继续创建后面的容器.

Headless Service

在 StatefulSet 中, 使用的是 Headless Service (无头服务) , 与之前介绍的 Service 的区别就是它没有 Cluster IP, 解析它的名称的时候返回的是 该 Headless Service 对应的 Pod 的 Endpoint 列表 (也就是 Pod 列表, 在做微服务的时候, 使用它 - Headless Service 是个不错的选择).

Headless Service 在这里很重要, 因为它还会对 每个 Pod 都设置集群内部的一个 DNS 域名 , 集群中的 Pod 可以通过该域名相互通信.

Headless 下的 Pod 的 DNS 域名

$(podname).$(service name).$(namespace).svc.cluster.local
复制代码

并且通过 statefulSet 创建的 有状态 Pod 的名称是在集群内部的唯一标识, 所以 通过这个域名访问到的, 可以确定就是集群内部的唯一的有状态的 Pod .

ConfigMap

本文会简单的使用到 Kubernetes 中的另一种资源类型 ConfigMap, 它可以作为环境变量、命令行参数或者存储卷中的配置文件, 它保存一些私密性不强的信息, 在这里我们使用它存储 redis 的一些简单配置.

配置文件 yaml

今天我们使用 redis 作为基础的容器镜像(这次放过nginx)

ConfigMap

在创建 StatefulSet 之前需要创建 存储redis配置的 configMap.

# ConfigMap.yaml
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  creationTimestamp: 2020-09-07T12:01:49Z
  name:  lemonnan-redis-config
  namespace: default
  resourceVersion: "111"
  selfLink: /api/v1/namespaces/default/configmaps/lemonnan-redis-config
  uid: 11a0c66c-2d9a-4be9-b7ac-ec19037392a4
data:
  redis-conf: |
    appendonly yes  
    save 900 1  
    # cluster-enabled yes  # 单机测试的时候先去掉这几个 cluster 的东西
    # cluster-config-file /var/lib/redis/nodes.conf  
    # cluster-node-timeout 5000  
    dir /var/lib/redis    # 用于存放数据的路径
    port 6379  
复制代码

Headless Service

# headless-service.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: headless-service
spec:
  selector:
    app: label-redis  # 管理拥有 app: label-redis 标签的Pod
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 6379
      targetPort: 6379
  clusterIP: None
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StatefulSet

# Statefulset.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: statefulset-redis
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: label-redis
  serviceName: headless-service
  replicas: 1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: label-redis
    spec:
      terminationGracePeriodSeconds: 30 # 默认30s
      containers:
      - name: pod-redis
        imagePullPolicy: Never
        image: redis:latest
        command:
          - redis-server                # 使用指定路径 conf 启动redis
          - "/etc/redis/redis.conf"     # 使用 configMap 后存放的配置文件的路径
        ports:
        - containerPort: 6379
          name: redis
        volumeMounts:
        - name: redis-conf              # 配置文件 volume 名称
          mountPath: /etc/redis         # 容器中存储 redis.conf 的地址
        - name: redis-data              # 持久数据 volume 名称
          mountPath: /var/lib/redis     # 容器内的数据存放在这里(onfigMap 中的 dir 路径), 然后根据下面的 volume 模板进行数据持久化
      volumes:
      - name: redis-conf                # 
        configMap:
          name: lemonnan-redis-config   # configMap 名称
          items:
            - key: redis-conf           # configMap 名称
              path: redis.conf          # 这个是配置文件名称, 总的在容器中的路径就是 /etc/redis/redis.conf
  volumeClaimTemplates:                             # 用于持久化的模板              
  - metadata:
      name: redis-data
    spec:
      accessModes:
      - ReadWriteMany
      resources:
        requests:
          storage: 200M
复制代码

redis 单机

根据上面的配置文件创建好ConfigMap、Service、StatefulSet 之后, 创建redis单机相对来说还算是比较简单的, 基本上可以一路畅通无阻.

创建资源

创建 ConfigMap、HeadlessService、StatefulSet

进入redis pod

添加数据

重启 redis pod

使用 delete 命令, StatefulSet 会检测到 Pod 终止并且自动开启新的 Pod, 这里(箭头所指)的容器ID已经不一样了.

查看数据恢复

最后进入到重启后的 redis Pod, 检查上一次 Pod 关闭前添加进去的数据, 有没有持久化下来.

redis 集群

如果要设置redis集群的话, 需要在单机的基础上修改一下东西

1.首先需要把 ConfigMap 中关于 cluster 的信息打开

2.在 StatefulSet.yaml 中设置 spec.replicas: 6(3主3从), 并且在所有 redis启动后, 设置相应的集群信息.

修改配置

下面是修改后的配置

ConfigMap.yaml

# Configmap.yaml
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  creationTimestamp: 2020-09-07T12:01:49Z
  name:  lemonnan-redis-config
  namespace: default
  resourceVersion: "111"
  selfLink: /api/v1/namespaces/default/configmaps/lemonnan-redis-config
  uid: 11a0c66c-2d9a-4be9-b7ac-ec19037392a4
data:
  redis-conf: |
    appendonly yes  
    save 900 1  
    cluster-enabled yes  
    cluster-config-file /var/lib/redis/nodes.conf  
    cluster-node-timeout 5000  
    dir /var/lib/redis
    port 6379  
复制代码

StatefulSet.yaml

# StatefulSet.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: statefulset-redis
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: label-redis
  serviceName: headless-service
  replicas: 6
  template:
    metadata:
      labels:
        app: label-redis
    spec:
      terminationGracePeriodSeconds: 30 # 默认30s
      containers:
      - name: pod-redis
        imagePullPolicy: Never
        image: redis:latest
        command:
          - redis-server                # 使用指定路径 conf 启动redis
          - "/etc/redis/redis.conf"     # 使用 configMap 后存放的配置文件的路径
        ports:
        - containerPort: 6379
          name: redis
        volumeMounts:
        - name: redis-conf              # 配置文件 volume 名称
          mountPath: /etc/redis         # 容器中存储 redis.conf 的地址
        - name: redis-data              # 持久数据 volume 名称
          mountPath: /var/lib/redis     # 容器内的数据存放在这里(onfigMap 中的 dir 路径), 然后根据下面的 volume 模板进行数据持久化
      volumes:
      - name: redis-conf                # 
        configMap:
          name: lemonnan-redis-config   # configMap 名称
          items:
            - key: redis-conf           # configMap 名称
              path: redis.conf          # 这个是配置文件名称, 总的在容器中的路径就是 /etc/redis/redis.conf
  volumeClaimTemplates:                 # 用于持久化的模板       
  - metadata:
      name: redis-data
    spec:
      accessModes:
      - ReadWriteMany
      resources:
        requests:
          storage: 200M
复制代码

创建完成之后,接下来开始配置 redis-cluster

首先根据之前 Headless 创建的 Pod 域名为

$(podname).$(service name).$(namespace).svc.cluster.local
复制代码

so, 这里的话应该是

redis-app-0.headless-service.default.svc.cluster.local:6379
redis-app-1.headless-service.default.svc.cluster.local:6379
redis-app-2.headless-service.default.svc.cluster.local:6379
redis-app-3.headless-service.default.svc.cluster.local:6379
redis-app-4.headless-service.default.svc.cluster.local:6379
redis-app-5.headless-service.default.svc.cluster.local:6379
复制代码

由于 redis-cluster 目前的版本还不支持域名的配置, so 这里我们还是使用 IP 进行搭建, 最终在redis Pod 中执行以下命令构建redis集群:

注意: 在执行下面的命令的时候, 如果是从上面过来的, 需要先将 /var/lib/redis 下的文件都删掉, 否则集群创建失败.

# 这几个是我本机上的redis pod 的ip地址
redis-cli --cluster create --cluster-replicas 1 \
172.17.0.2:6379 \
172.17.0.6:6379 \
172.17.0.7:6379 \
172.17.0.8:6379 \
172.17.0.9:6379 \
172.17.0.10:6379 
复制代码

创建结果

集群创建成功了, 然后测试设置数据

redis-cli 启动不加 -c 参数的话, 会报 MOVED 错误, 需要自己找到对应的redis节点进行设置, 加了 -c 参数后会自动重定向到对应节点, 具体见下图

到这里redis集群的搭建也完成了

总结

本文介绍了有状态应用相关的东西, 看似挺有用的, 能持久化数据, 宕机恢复后还能继续使用之前已经持久化下来的数据, 但实际上, 一般比较重要的组件/数据不会使用容器运行, 比如数据库, 有以下几个重要的原因:

1.容器占用资源过多很有可能会被 OS kill 掉, 而像数据库这样的组件被 kill 掉基本上就意味着数据丢失.

2.容器是在 OS 层面上做的一个逻辑层, 有一定的性能损耗, 并且数据库的成本也是很高的. 像比如传统的关系型数据库, 一般配置不高的服务器 TPS 本身就不高, 再弄一个逻辑层损耗一下性能, TPS 就更低了( 钱突然就没了 ).

so, 有状态应用的话一般使用也是用于存储一些不太重要的数据, 数据库这种存储比较重要信息的组件基本上不会使用容器进行管理.

免责声明:文章版权归原作者所有,其内容与观点不代表Unitimes立场,亦不构成任何投资意见或建议。

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