Kubernetes 的用法和解析 -- 7

k8s之共享存储pv&pvc

1 存储资源管理

在基于k8s容器云平台上，对存储资源的使用需求通常包括以下几方面：

1.应用配置文件、密钥的管理；
2.应用的数据持久化存储；
3.在不同的应用间共享数据存储；

k8s的Volume抽象概念就是针对这些问题提供的解决方案，k8s的volume类型非常丰富，从临时目录、宿主机目录、ConfigMap、Secret、共享存储（PV和PVC）。

k8s支持Volume类型包括以下几类：

1.临时空目录（随着Pod的销毁而销毁）
emptyDir:

2.配置类（将配置文件以Volume的形式挂载到容器内）
ConfigMap：将保存在ConfigMap资源对象中的配置文件信息挂载到容器内的某个目录下

Secret：将保存在Secret资源对象中的密码密钥等信息挂载到容器内的某个文件中。

downwardAPI：将downwardAPI的数据以环境变量或文件的形式注入容器中。

gitErpo：将某Git代码库挂载到容器内的某个目录下

3.本地存储类
hostpath：将宿主机的目录或文件挂载到容器内进行使用。

local：Kubernetes从v1.9版本引入，将本地存储以PV的形式提供给容器使用，并能够实现存储空间的管理。

4.共享存储
PV（Persistent Volume）：将共享存储定义为一种“持久存储卷”，可以被多个容器应用共享使用。

PVC（Persistent Volume Claim）：用户对存储资源的一次“申请”，PVC申请的对象是PV，一旦申请成功，应用就能够像使用本地目录一样使用共享存储了。

共享存储主要用于多个应用都能够使用存储资源，例如NFS存储、光纤存储Glusterfs共享文件系统等，在k8s系统中通过PV/StorageClass和PVC来完成定义，并通过volumeMount挂载到容器的目录或文件进行使用。

ConfigMap、Secret、emptyDir、hostPath等属于临时性存储，当pod被调度到某个节点上时，它们随pod的创建而创建，临时占用节点存储资源，当pod离开节点时，存储资源被交还给节点，pod一旦离开这个节点，存储就失效，不具备持久化存储数据的能力。与此相反，持久化存储拥有独立的生命周期，具备持久化存储能力，其后端一般是独立的存储系统如NFS、iSCSI、cephfs、glusterfs等。

pv与pvc

Kubernetes中的node代表计算资源，而PersistentVolume(PV)则代表存储资源，它是对各种诸如NFS、iSCSI、云存储等各种存储后端所提供存储块的统一抽象从而提供网络存储，通过它屏蔽低层实现细节。与普通volume不同，PV拥有完全独立的生命周期。

因为PV表示的是集群能力，它是一种集群资源，所以用户（通常是开发人员）不能直接使用PV，就像不能直接使用内存一样，需要先向系统申请，而 PVC 就是请求存储资源的。
Kubernetes通过PersistentVolumeClaim(PVC)代理用户行为，用户通过对PVC的操作实现对PV申请、使用、释放等操作，PVC是用户层面的资源。

PV 和 PVC 可以将 pod 和数据卷解耦，pod 不需要知道确切的文件系统或者支持它的持久化引擎。

Kubernetes的共享存储供应模式包括静态和动态两种模式

静态模式
静态PV由系统管理员负责创建、提供、维护，系统管理员为用户屏蔽真正提供存储的后端及其实现细节，普通用户作为消费者，只需通过PVC申请、使用此类资源。

动态模式：
集群管理员无须手工创建PV，而是通过对Storage Class的设置对后端存储进行描述，“storage class”可以理解成某种具体的后端存储，标记为某种“类型（Class）”，此时要求PVC对存储的类型进行声明，系统将自动完成PV的创建与PVC的绑定。如果用户的PVC中“storage class”的值为""，则表示不能为此PVC动态创建PV。

PV与PVC的绑定

用户创建包含容量、访问模式等信息的PVC，向系统请求存储资源。系统查找已存在PV或者监控新创建PV，如果与PVC匹配则将两者绑定。如果PVC创建动态PV，则系统将一直将两者绑定。PV与PVC的绑定是一一对应关系，不能重复绑定。如果系统一直没有为PVC找到匹配PV，则PVC无限期维持在"unbound"状态，直到系统找到匹配PV。实际绑定的PV容量可能大于PVC中申请的容量。

2 持久卷pv的类型

PV 持久卷是用插件的形式来实现的。Kubernetes 目前支持以下插件

- GCEPersistentDisk
- AWSElasticBlockStore
- AzureFile
- AzureDisk
- FC (Fibre Channel)
- Flexvolume
- Flocker
- NFS
- iSCSI
- RBD (Ceph Block Device)
- CephFS
- Cinder (OpenStack block storage)
- Glusterfs
- VsphereVolume
- Quobyte Volumes
- HostPath (Single node testing only – local storage is not supported in any way and WILL NOT WORK in a multi-node cluster)
- Portworx Volumes
- ScaleIO Volumes
- StorageOS

5 实验mysql基于NFS共享存储实现持久化存储

5.1 安装NFS

机器准备

k8s-master  制作nfs服务端作为共享文件系统
[root@k8s-master ~]# yum install -y nfs-utils rpcbind
[root@k8s-master ~]# mkdir /mnt/data  #制作共享目录
[root@k8s-master ~]# vim /etc/exports
/mnt/data *(rw,no_root_squash)
[root@k8s-master ~]# systemctl start rpcbind  #启动服务
[root@k8s-master ~]# systemctl start nfs
# 使配置生效
[root@k8s-master ~]# exportfs -r

# 检查配置是否生效
[root@k8s-master ~]# exportfs

集群中的工作节点都需要安装客户端工具，主要作用是节点能够驱动 nfs 文件系统
只安装，不启动服务
# yum install -y nfs-utils
# mkdir /mnt/data
# showmount -e 192.168.58.149(master_ip)
# mount -t nfs 192.168.58.149:/mnt/data /mnt/data


master节点
制作pv.yaml（一般这个动作由 kubernetes 管理员完成，也就是我们运维人员）
[root@k8s-master ~]# mkdir /k8s/mysql -p 
[root@k8s-master ~]# cd /k8s/mysql/
[root@k8s-master mysql]# vim pv.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume   #类型定义为pv
metadata: name: my-pv  #pv的名字labels:  #定义标签type: nfs  #类型为nfs
spec:nfs:  # 存储类型，需要与底层实际的存储一致，这里采用 nfsserver: 192.168.122.24 # NFS 服务器的 IPpath: "/mnt/data" # NFS 上共享的目录capacity:   #定义存储能力storage: 3Gi  #指定存储空间accessModes:  #定义访问模式- ReadWriteMany   #读写权限，允许被多个Node挂载persistentVolumeReclaimPolicy: Retain  #定义数据回收策略,这里是保留

5.2 PV参数详解

1.存储能力（Capacity）

描述存储设备的能力，目前仅支持对存储空间的设置（storage=xx）。

2.访问模式（Access Modes）

对PV进行访问模式的设置，用于描述用户应用对存储资源的访问权限。访问模式如下：

ReadWriteOnce：读写权限，并且只能被单个pod挂载。
ReadOnlyMany：只读权限，允许被多个pod挂载。
ReadWriteMany：读写权限，允许被多个pod挂载。

某些PV可能支持多种访问模式，但PV在挂载时只能使用一种访问模式，多种访问模式不能同时生效。

3.persistentVolumeReclaimPolicy定义数据回收策略

目前支持如下三种回收策略：

保留（Retain）：保留数据，需要手工处理。

回收空间（Recycle）：警告： 回收策略 Recycle 已被废弃。取而代之的建议方案是使用动态供应。如果下层的卷插件支持，回收策略 Recycle 会在卷上执行一些基本的 擦除（rm -rf /thevolume/*）操作，之后允许该卷用于新的 PVC 申领

删除（Delete）：会将 PersistentVolume 对象从 Kubernetes 中移除，同时也会从外部基础设施（如 AWS EBS、GCE PD、Azure Disk 或 Cinder 卷）中移除所关联的存储资产。 就是把云存储一起删了。

目前，只有 NFS 和 HostPath 两种类型的存储设备支持 “Recycle” 策略； AWS EBS、 GCE PD、Azure Disk 和 Cinder volumes 支持 “Delete” 策略。

4.storageClassName存储类别（Class）

PV可以设定其存储的类型（Class），通过 storageClassName参数指定一个 StorageClass 资源对象的名称。
具有特定“类别”的 PV 只能与请求了该“类别”的 PVC 进行绑定。未设定 “类别” 的 PV 则只能与不请求任何 “类别” 的 PVC 进行绑定。
相当于一个标签。

5.3 创建pv

[root@k8s-master mysql]# kubectl apply -f pv.yaml 
persistentvolume/my-pv created
[root@k8s-master mysql]# kubectl get pv

PV 生命周期的各个阶段（Phase）

某个 PV 在生命周期中，可以处于以下4个阶段之一：

- Available：可用状态，还未与某个 PVC 绑定。
- Bound：已与某个 PVC 绑定。
- Released：释放，绑定的 PVC 已经删除，但没有被集群回收存储空间 。
- Failed：自动资源回收失败。

pv创建成功目前属于可用状态，还没有与pvc绑定，那么现在创建pvc

创建pvc

[root@k8s-master mysql]# vim mysql-pvc.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim   #定义类型为PVC
metadata:name: mypvc   #声明pvc的名称，当做pod的卷使用时会用到
spec:accessModes:  #定义访问pvc的模式，与pv拥有一样的模式- ReadWriteMany   #读写权限，允许被多个pod挂载resources:  #声明可以请求特定数量的资源，目前仅支持 request.storage 的设置，即存储空间大小。requests:storage: 3Gi  #定义空间大小selector:  #PV选择条件,标签选择器，通过标签选择matchLabels:type: "nfs" #选择pv类型的nfs
注意：当我们申请pvc的容量大于pv的容量是无法进行绑定的。

创建pvc
[root@k8s-master mysql]# kubectl apply -f mysql-pvc.yaml 
persistentvolumeclaim/mypvc created
[root@k8s-master mysql]# kubectl get pvc
NAME    STATUS   VOLUME   CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
mypvc   Bound    my-pv    3Gi        RWX            pv-nfs         37s

status状态

- Available (可用): 表示可用状态，还未被任何PVC绑定
- Bound (已绑定)：已经绑定到某个PVC
- Released (已释放)：对应的PVC已经删除,但资源还没有被集群收回
- Failed：PV自动回收失败

Kubernetes中会自动帮我们查看pv状态为Available并且根据声明pvc容量storage的大小进行筛选匹配，同时还会根据AccessMode进行匹配。如果pvc匹配不到pv会一直处于pending状态。

5.4 mysql使用pvc持久卷

创建secret
[root@k8s-master mysql]# echo -n 'QianFeng@123!' | base64
UWlhbkZlbmdAMTIzIQ==
[root@k8s-master mysql]# vim mysql-secret.yaml
apiVersion: v1
data:password: UWlhbkZlbmdAMTIzIQ==
kind: Secret
metadata:annotations:name: my-pass
type: Opaque
[root@k8s-master mysql]# kubectl apply -f mysql-secret.yaml 
secret/my-pass created
[root@k8s-master mysql]# kubectl get secret
NAME                  TYPE                                  DATA   AGE
default-token-24c52   kubernetes.io/service-account-token   3      6d22h
my-pass               Opaque                                1      69s

创建myslq-pod文件
[root@k8s-master mysql]# cat mysql-deployment.yaml 
apiVersion:  apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: my-mysql
spec:replicas: 1selector:matchLabels:app: mysqltemplate:metadata:labels:app: mysqlspec:containers:- name: my-mysqlimage: daocloud.io/library/mysql:5.7
#        imagePullPolicy: IfNotPresentports:- containerPort: 3306env:- name: MYSQL_ROOT_PASSWORDvalueFrom:secretKeyRef:name: my-passkey: passwordvolumeMounts:- name: mysql-datamountPath: /var/lib/mysqlvolumes:- name: mysql-datapersistentVolumeClaim:  #绑定pvcclaimName: mypvc #指定对应的pvc名字
[root@k8s-master mysql]# kubectl apply -f mysql-deployment.yaml          
[root@k8s-master mysql]# kubectl get pod
NAME                         READY   STATUS    RESTARTS   AGE
my-mysql-5474b6885f-c5dmp    1/1     Running   0          8s

[root@k8s-master mysql]# kubectl get pod -o wide
NAME                         READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE        NOMINATED NODE   READINESS GATES
my-mysql-5474b6885f-c5dmp    1/1     Running   0          40s   10.244.2.5    k8s-node2   <none>           <none>

测试
[root@k8s-master ~]# cd /mnt/data/
[root@k8s-master data]# ll
总用量 188484
-rw-r----- 1 polkitd ssh_keys       56 11月  8 21:49 auto.cnf
-rw------- 1 polkitd ssh_keys     1680 11月  8 21:49 ca-key.pem
-rw-r--r-- 1 polkitd ssh_keys     1112 11月  8 21:49 ca.pem
-rw-r--r-- 1 polkitd ssh_keys     1112 11月  8 21:49 client-cert.pem
-rw------- 1 polkitd ssh_keys     1680 11月  8 21:49 client-key.pem
-rw-r----- 1 polkitd ssh_keys      688 11月  8 21:57 ib_buffer_pool
-rw-r----- 1 polkitd ssh_keys 79691776 11月  8 21:59 ibdata1
-rw-r----- 1 polkitd ssh_keys 50331648 11月  8 21:59 ib_logfile0
-rw-r----- 1 polkitd ssh_keys 50331648 11月  8 21:49 ib_logfile1
-rw-r----- 1 polkitd ssh_keys 12582912 11月  8 22:00 ibtmp1
drwxr-x--- 2 polkitd ssh_keys     4096 11月  8 21:49 mysql
drwxr-x--- 2 polkitd ssh_keys     8192 11月  8 21:49 performance_schema
-rw------- 1 polkitd ssh_keys     1680 11月  8 21:49 private_key.pem
-rw-r--r-- 1 polkitd ssh_keys      452 11月  8 21:49 public_key.pem
-rw-r--r-- 1 polkitd ssh_keys     1112 11月  8 21:49 server-cert.pem
-rw------- 1 polkitd ssh_keys     1676 11月  8 21:49 server-key.pem
drwxr-x--- 2 polkitd ssh_keys     8192 11月  8 21:49 sys

6 动态绑定pv

StorageClass 相当于一个创建 PV 的模板，用户通过 PVC 申请存储卷，StorageClass 通过模板自动创建 PV，然后和 PVC 进行绑定。

StorageClass创建动态存储卷流程

集群管理员预先创建存储类（StorageClass）；

用户创建使用存储类的持久化存储声明(PVC：PersistentVolumeClaim)；

存储持久化声明通知系统，它需要一个持久化存储(PV: PersistentVolume)；

系统读取存储类的信息；

系统基于存储类的信息，在后台自动创建PVC需要的PV；

用户创建一个使用PVC的Pod；

Pod中的应用通过PVC进行数据的持久化；

而PVC使用PV进行数据的最终持久化处理。

NFS Provisioner 是一个自动配置卷程序，它使用现有的和已配置的 NFS 服务器来支持通过持久卷声明动态配置 Kubernetes 持久卷。

注意：k8s 1.21版本中创建pvc时nfs-provisioner会报错

E0903 08:00:24.858523 1 controller.go:1004] provision “default/test-claim” class “managed-nfs-storage”: unexpected error getting claim reference: selfLink was empty, can’t make reference

解决方法：修改 /etc/kubernetes/manifests/kube-apiserver.yaml文件增加 - --feature-gates=RemoveSelfLink=false

spec:containers:- command:- kube-apiserver- --feature-gates=RemoveSelfLink=false   # 增加这行- --advertise-address=172.24.0.5- --allow-privileged=true- --authorization-mode=Node,RBAC- --client-ca-file=/etc/kubernetes/pki/ca.crt

6.1 配置nfs-provisioner授权

创建ServiceAccount、ClusterRole、ClusterRoleBinding等，为nfs-client-provisioner授权

# vim rbac.yaml
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:name: nfs-client-provisioner# replace with namespace where provisioner is deployednamespace: default
---
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: ServiceAccountname: nfs-client-provisioner# replace with namespace where provisioner is deployednamespace: default
roleRef:kind: ClusterRolename: nfs-client-provisioner-runnerapiGroup: rbac.authorization.k8s.io
---
kind: Role
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:name: leader-locking-nfs-client-provisioner# replace with namespace where provisioner is deployednamespace: default
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: ServiceAccountname: nfs-client-provisioner# replace with namespace where provisioner is deployednamespace: default
roleRef:kind: Rolename: leader-locking-nfs-client-provisionerapiGroup: rbac.authorization.k8s.io

6.2 部署nfs-client-provisioner

# vim nfs-provisioner.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: nfs-client-provisionerlabels:app: nfs-client-provisioner# replace with namespace where provisioner is deployednamespace: default  #与RBAC文件中的namespace保持一致
spec:replicas: 1selector:matchLabels:app: nfs-client-provisionerstrategy:type: Recreateselector:matchLabels:app: nfs-client-provisionertemplate:metadata:labels:app: nfs-client-provisionerspec:serviceAccountName: nfs-client-provisionercontainers:- name: nfs-client-provisionerimage: quay.io/external_storage/nfs-client-provisioner:latestvolumeMounts:- name: nfs-client-rootmountPath: /persistentvolumesenv:- name: PROVISIONER_NAMEvalue: gxf-nfs-storage  #provisioner名称,请确保该名称与 nfs-StorageClass.yaml文件中的provisioner名称保持一致- name: NFS_SERVERvalue: 10.24.X.X    #NFS Server IP地址- name: NFS_PATH  value: /home/nfs/1    #NFS挂载卷volumes:- name: nfs-client-rootnfs:server: 10.24.X.X  #NFS Server IP地址path: /home/nfs/1     #NFS 挂载卷

# 部署
[root@kube-master ~]# kubectl apply -f rbac.yaml 
[root@kube-master ~]# kubectl apply -f nfs-provisioner.yaml 
[root@kube-master ~]# kubectl get pod 
NAME                                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nfs-client-provisioner-75bfdbdcd8-5mqbv   1/1     Running   0          4m24s

6.3 创建StorageClass

# vim nfs-StorageClass.yaml
apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:name: managed-nfs-storage
provisioner: gxf-nfs-storage #这里的名称要和provisioner配置文件中的环境变量PROVISIONER_NAME保持一致
reclaimPolicy: Retain # 默认为delete
parameters:archiveOnDelete: "true" # false表示pv被删除时，在nfs下面对应的文件夹也会被删除,true正相反

6.4 deployment 动态挂载

部署一个有2个副本的deployment，挂载共享目录

# 创建pvc，“storageClassName"为上面创建的"managed-nfs-storage”，即指定动态创建PV的模板文件的名字。# test-pvclaim.yaml
kind: PersistentVolumeClaim
apiVersion: v1
metadata:name: test-claim
spec:accessModes:- ReadWriteManyresources:requests:storage: 100MistorageClassName: managed-nfs-storage[root@kube-master ~]# kubectl apply -f test-pvclaim.yaml

# deployment部署
# test-deploy.yaml 
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: test-deploylabels:app: test-deploynamespace: default  #与RBAC文件中的namespace保持一致
spec:replicas: 2selector:matchLabels:app: test-deploystrategy:type: Recreateselector:matchLabels:app: test-deploytemplate:metadata:labels:app: test-deployspec:containers:- name: test-podimage: busybox:1.24command:- "/bin/sh"args:- "-c"# - "touch /mnt/SUCCESS3 && exit 0 || exit 1"   #创建一个SUCCESS文件后退出- touch /mnt/SUCCESS5; sleep 50000volumeMounts:- name: nfs-pvcmountPath: "/mnt"# subPath: test-pod-3 # 子路径 （这路基代表存储卷下面的test-pod子目录）  volumes:- name: nfs-pvcpersistentVolumeClaim:claimName: test-claim  #与PVC名称保持一致

6.5 statefulset 动态挂载

# vim test-sts-1.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:name: test-stslabels:k8s-app: test-sts
spec:serviceName: test-sts-svcreplicas: 3selector:matchLabels:k8s-app: test-ststemplate:metadata:labels:k8s-app: test-stsspec:containers:- image: busybox:1.24name: test-podcommand:- "/bin/sh"args:- "-c"# - "touch /mnt/SUCCESS3 && exit 0 || exit 1"   #创建一个SUCCESS文件后退出- touch /mnt/SUCCESS5; sleep 50000imagePullPolicy: IfNotPresentvolumeMounts:- name: nfs-pvcmountPath: "/mnt"volumeClaimTemplates:- metadata:name: nfs-pvcspec:accessModes: ["ReadWriteMany"]storageClassName: managed-nfs-storageresources:requests:storage: 20Mi

[root@kube-master ~]# kubectl apply -f test-sts-1.yaml
[root@kube-master ~]# kubectl get sts
NAME       READY   AGE
test-sts   3/3     4m46s

StatefulSet有状态的应用

在Kubernetes系统中，Pod的管理对象RC、Deployment、DaemonSet都是面向无状态的服务，它们所管理的Pod的IP、名字，启停顺序等都是随机的。但现实中有很多服务是有状态的，特别是一些复杂的中间件集群。例如Mysql集群、MongoDB集群、Kafka集群、Zookeeper集群等，这些都有一个共同的特点：

1.每个节点都有固定的ID，通过这个ID，集群中的成员可以相互发现并且通信。 2.集群的规模是比较固定的，集群规模不能随意改动。 3.集群里的每个节点都是有状态的，通常会持久化数据到永久存储中。 4.如果磁盘损坏，集群里的某个节点就无法正常运行，集群功能受损。

StatefulSet本质上是Deployment的一种变体，在v1.9版本中已成为GA版本，它为了解决有状态服务的问题，它所管理的Pod拥有固定的Pod名称，启停顺序的，如果使用RC/Deployment控制副本的方式实现有状态的集群那么pod的名字是没有办法控制的因为是随机产生，同时也无法为每一个pod确定唯一不变的ID号，为了解决这个问题，在k8s中引用了新的资源对象即StatefulSet。在StatefulSet中，Pod名字称为网络标识(hostname)，还必须要用到共享存储。

1.StatefulSet里的每个Pod都有稳定、唯一的网络标识，可以用来发现集群中的其他成员，比如说StatefulSet的名字是N，那么第一个pod的名字就是N-0，第二个就是N-1，以此类推
2.StatefulSet控制的pod副本的启停顺序是受控制的，操作第n个pod，前面的n-1的pod已经是运行且准备好的状态。
3.StatefulSet里的pod采用稳定的持久化存储卷，通过PV/PVC来实现，删除Pod时默认不会删除与StatefulSet相关的存储卷（目的是为了保证数据的安全性）

所以,StatefulSet的核心功能,就是通过某种方式,记录这些状态,然后在Pod被重新创建时,能够为新Pod恢复这些状态.

在Deployment中，与之对应的服务是service，而在StatefulSet中与之对应的headless service，headless service，即无头服务，与service的区别就是它没有Cluster IP，解析它的名称时将返回该Headless Service对应的全部Pod的Endpoint列表。

除此之外，StatefulSet在Headless Service的基础上又为StatefulSet控制的每个Pod副本创建了一个DNS域名，这个域名的格式为：$(podname).(headless server name)

1 StatefulSet实现Pod的存储状态

通过PVC机制来实现存储状态管理

在StatefulSet对象中除了定义PodTemplate还会定义一个volumeClaimTemplates凡是被这个StatefulSet管理的Pod都会声明一个对应的PVC,这个PVC的定义就来自于 volumeClaimTemplates这个模板字段，这个PVC的名字,会被分配一个与这个Pod完全一致的编号。

把一个Pod比如N-0删除之后,这个Pod对应的PVC和PV并不会被删除,而这个Volume 里已经写入的数据,也依然会保存在远程存储服务里

StatefulSet在重新创建N-0这个pod的时候.它声明使用的PVC的名字还是叫作:N-0 这个PVC的定义,还是来自于PVC模板（volumeClaimTemplates）这是StatefulSet创建 Pod的标准流程

Kubernetes为它查找名叫N-0的PVC时,就会直接找到旧Pod遗留下来的同名的 PVC进而找到跟这个PVC绑定在一起的PV.这样新的Pod就可以挂载到旧Pod对应的那个Volume并且获取到保存在Volume里的数据.通过这种方式Kubernetes的StatefulSet就实现了对应用存储状态的管理

2 StatefulSet 的应用特点

StatefulSet的核心功能就是，通过某种方式记录应用状态，在Pod被重建的时候，通过这种方式还可以恢复原来的状态。
StatefulSet由以下几个部分组成：
- Headless Service 用于定义网络标识（DNS）
- volumeClaimTemplates 用于创建PV
- StatefulSet 用于定义具体应用
稳定且有唯一的网络标识符当节点挂掉，既pod重新调度后其PodName和HostName不变，基于Headless Service来实现
稳定且持久的存储当节点挂掉，既pod重新调度能访问到相同的持久化存储，基于PVC实现
有序、平滑的扩展、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、平滑的收缩、删除既Pod是有顺序的，在收缩或者删除的时候要依据定义的顺序依次进行（既从N-1到0，既倒序）。
拓扑状态。是应用多个实例之间的不完全对等的关系，这些应用实例是必须按照定义的顺序启动的。例如主应用A先于从应用B启动，如果把A和B删掉，应用还要按照先启动主应用A再启动从应用B，且创建的应用必须和原来的应用的网络标识一样（既PodName和HostName）。这样他们就可以按照原来的顺序创建了。
存储状态。应用实例分别绑定了不同的数据存储，Pod A第一次读到的数据要和10分钟后读到的数据，是同一份。哪怕这期间Pod A被重建。这种典型的例子就是数据库应用的多个存储实例。

3 实战1-通过StatefulSet创建nginx

由于statefulSet在创建的时候使用的是动态绑定pvc，而动态绑定pvc是需要插件支持的，一下实验通过手动创建pv在通过StatefulSet自动实现pvc申请持久卷。

1.创建基于NFS的pv持久卷
[root@k8s-master ~]# mkdir /mnt/data-1  #创建共享目录
[root@k8s-master ~]# mkdir /mnt/data-2
[root@k8s-master ~]# vim /etc/exports
/mnt/data-1 172.16.229.*/24 (rw,sync,insecure,no_subtree_check,no_root_squash)
/mnt/data-2 172.16.229.*/24 (rw,sync,insecure,no_subtree_check,no_root_squash)
[root@k8s-master ~]# systemctl restart nfs[root@k8s-master ~]# mkdir /k8s/nginx  	#创建工作目录
[root@k8s-master ~]# cd /k8s/nginx/
[root@k8s-master nginx]# vim nginx-pv.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata: name: pv-0labels:type: pv-0
spec:capacity:storage: 5GiaccessModes:- ReadWriteManypersistentVolumeReclaimPolicy: Recyclenfs:server: 172.16.229.143path: "/mnt/data-1"
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:name: pv-1labels:type: pv-1
spec:capacity:storage: 5GiaccessModes:- ReadWriteManypersistentVolumeReclaimPolicy: Recyclenfs:server: 172.16.229.143path: "/mnt/data-2"2.创建pv
[root@k8s-master nginx]# kubectl apply -f nginx-pv.yaml 
persistentvolume/nginx-pv created
[root@k8s-master nginx]# kubectl get pv
NAME    CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS      CLAIM           STORAGECLASS   REASON   AGE
my-pv   3Gi        RWX            Recycle          Bound       default/mypvc   pv-nfs                  6d16h
pv-0    5Gi        RWX            Recycle          Available                                           43s
pv-1    5Gi        RWX            Recycle          Available                                           43s3.创建 service的Headless Service无头服务
[root@k8s-master nginx]# vim nginx-service.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: nginx  #service的名字labels:app: nginx
spec:ports:- port: 80name: webclusterIP: None   #采用什么类型的service，这里采用的是Headless Serviceselector:app: nginx
[root@k8s-master nginx]# kubectl apply -f nginx-service.yaml 
service/nginx created
[root@k8s-master nginx]# kubectl get svc 
NAME              TYPE        CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
kubernetes        ClusterIP   10.96.0.1      <none>        443/TCP        12d
nginx             ClusterIP   None           <none>        80/TCP         5s4.创建StatefulSet,通过StatefulSet创建pvc实现自动绑定已经创建好的pv
[root@k8s-master nginx]# cat nginx-web.yaml 
apiVersion: apps/v1  #选择apiserver的版本
kind: StatefulSet  #定义pod类型
metadata:name: nginx-web
spec:serviceName: "nginx" #定义属于哪个Headless Servicereplicas: 2  #定义pod的副本selector:matchLabels:app: nginxtemplate:metadata:labels:app: nginxspec:containers:- name: nginximage: daocloud.io/library/nginxports:- containerPort: 80name: webvolumeMounts:       #定义卷的挂载到pod的路径- name: nginx-datamountPath: /usr/share/nginx/htmlvolumeClaimTemplates:  #pvc的申请模版，会自动创建pvc并与pv绑定。从而实现各pod有专用存储（我们使用的是静态创建pv）- metadata:name: nginx-data   #pvc的名字spec:accessModes: ["ReadWriteMany"]resources:requests:storage: 5Gi  #指定每一个持久卷的大小
[root@k8s-master nginx]# kubectl apply -f nginx-web.yaml查看statefulset
[root@k8s-master nginx]# kubectl get statefulset nginx-web
NAME        READY   AGE
nginx-web   2/2     19m查看service
[root@k8s-master nginx]# kubectl get svc 
NAME              TYPE        CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
nginx             ClusterIP   None           <none>        80/TCP         18m

为什么需要volumeClaimTemplate？
对于有状态的副本集都会用到持久存储，对于分布式系统来讲，它的最大特点是数据是不一样的，所以各个节点不能使用同一存储卷，每个节点有自已的专用存储，但是如果在Deployment中的Pod template里定义的存储卷，是所有副本集共用一个存储卷，数据是相同的，因为是基于模板来的，而statefulset中每个Pod都要自已的专有存储卷，所以statefulset的存储卷就不能再用Pod模板来创建了，于是statefulSet使用volumeClaimTemplate，称为卷申请模板，它会为每个Pod生成不同的pvc，并绑定pv，从而实现各pod有专用存储。这就是为什么要用volumeClaimTemplate的原因。

3.1 顺序创建 Pod

对于一个拥有 N 个副本的 StatefulSet，Pod 被部署时是按照 {0 …… N-1} 的序号顺序创建的。在终端中使用 kubectl get 检查输出。这个输出最终将看起来像下面的样子

[root@k8s-master nginx]# kubectl get -l app='nginx' pods
NAME          READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-web-0   1/1     Running   0          18m
nginx-web-1   1/1     Running   0          6m34s

请注意在 nginx-web-0 Pod 处于 Running和Ready 状态后 nginx-web-1 Pod 才会被启动

如同 StatefulSets 概念中所提到的，StatefulSet 中的 Pod 拥有一个具有黏性的、独一无二的身份标志。这个标志基于 StatefulSet 控制器分配给每个 Pod 的唯一顺序索引。Pod 的名称的形式为<statefulset name>-<ordinal index>。webStatefulSet 拥有两个副本，所以它创建了两个 Pod：nginx-web-0和nginx-web-1。

3.2 使用稳定的网络身份标识

每个 Pod 都拥有一个基于其顺序索引的稳定的主机名。使用[kubectl exec](https://kubernetes.io/zh/docs/reference/generated/kubectl/kubectl-commands/#exec)在每个 Pod 中执行hostname

[root@k8s-master nginx]# for i in 0 1; do kubectl exec nginx-web-$i -- /bin/bash -c 'hostname'; done
nginx-web-0
nginx-web-1

3.3 查看statefulset创建的pod的存储

获取 nginx-web-0 和 nginx-web-1 的 PersistentVolumeClaims。

[root@k8s-master nginx]# kubectl get pvc -l app='nginx'
NAME                     STATUS   VOLUME   CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
nginx-data-nginx-web-0   Bound    pv-0     5Gi        RWX                           53m
nginx-data-nginx-web-1   Bound    pv-1     5Gi        RWX                           53m

StatefulSet 控制器创建了两个 PersistentVolumeClaims，绑定到两个 PersistentVolumes。由于这里我们使用的是手动创建pv，所有的 PersistentVolume 都是手动创建自动的绑定。

NGINX web 服务器默认会加载位于 /usr/share/nginx/html/index.html 的 index 文件。StatefulSets spec 中的 volumeMounts 字段保证了 /usr/share/nginx/html 文件夹由一个 PersistentVolume 支持。

将 Pod 的主机名写入它们的index.html文件并验证 NGINX web 服务器使用该主机名提供服务。

[root@k8s-master nginx]# kubectl exec -it nginx-web-0 /bin/bash
root@nginx-web-0:/# echo nginx-web-0 >> /usr/share/nginx/html/index.html 
root@nginx-web-0:/# exit  
exit
[root@k8s-master nginx]# kubectl exec -it nginx-web-1 /bin/bash
root@nginx-web-1:/# echo nginx-web-1 >> /usr/share/nginx/html/index.html
root@nginx-web-1:/# exit
exit[root@k8s-master nginx]# kubectl get pods -l app='nginx' -o wide
NAME          READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE        NOMINATED NODE   READINESS GATES
nginx-web-0   1/1     Running   0          84m   10.244.2.24   k8s-node2   <none>           <none>
nginx-web-1   1/1     Running   0          84m   10.244.1.26   k8s-node1   <none>           <none>[root@k8s-master nginx]# curl -s http://10.244.2.24
nginx-web-0
[root@k8s-master nginx]# curl -s http://10.244.1.26
nginx-web-1

3.4 说明

请注意，如果你看见上面的 curl 命令返回了 403 Forbidden 的响应，你需要像这样修复使用 `volumeMounts`挂载的目录的权限：
# for i in 0 1; do kubectl exec web-$i -- chmod 755 /usr/share/nginx/html; done

将StatefulSet创建的所有 Pod删除

[root@k8s-master nginx]# kubectl delete -f nginx-web.yaml 
statefulset.apps "nginx-web" deleted

在使用StatefulSet重新创建的所有Pod

[root@k8s-master nginx]# kubectl apply -f nginx-web.yaml 
statefulset.apps/nginx-web created
[root@k8s-master nginx]# kubectl get pods -l app='nginx' -o wide
NAME          READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE        NOMINATED NODE   READINESS GATES
nginx-web-0   1/1     Running   0          14s   10.244.2.25   k8s-node2   <none>           <none>
nginx-web-1   1/1     Running   0          12s   10.244.1.27   k8s-node1   <none>           <none>

我们发现pod的IP地址发生了变化，接下来再次访问

[root@k8s-master nginx]# curl -s http://10.244.2.25
nginx-web-0
[root@k8s-master nginx]# curl -s http://10.244.1.27
nginx-web-1

虽然 nginx-web-0 和 nginx-web-1 被重新调度了，但它们仍然继续监听各自的主机名，因为和它们的 PersistentVolumeClaim 相关联的 PersistentVolume 被重新挂载到了各自的 volumeMount 上。不管 nginx-web-0 和 nginx-web-1 被调度到了哪个节点上，它们的 PersistentVolumes 将会被挂载到合适的挂载点上。

3.5 扩容/缩容 StatefulSet

扩容/缩容 StatefulSet 指增加或减少它的副本数。这通过更新 replicas 字段完成.如果是手动创建的pv，那么需要提前将pv创建好了。

4 实战2-通过StatefulSet来管理有状态的服务msyql

[root@k8s-master ~]# mkdir /mnt/data-3
[root@k8s-master ~]# vim /etc/exports
/mnt/data-3 172.16.229.*/24 (rw,sync,insecure,no_subtree_check,no_root_squash)
[root@k8s-master ~]# systemctl restart nfs
[root@k8s-master ~]# mkdir /k8s/application/mysql# 如果mysql-server.yaml在apply时出错，请将mysql.pv.yaml delete即可
[root@k8s-master mysql]# cat mysql.pv.yaml  
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata: name: mysql-pvlabels:type: mysql-pv
spec:capacity:storage: 5GiaccessModes:- ReadWriteManypersistentVolumeReclaimPolicy: Recyclenfs:server: 172.16.229.143path: "/mnt/data-3"[root@k8s-master mysql]# cat mysql-svc.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: mysqllabels:app: mysql
spec:ports:- port: 3306name: mysqlclusterIP: Noneselector:app: mysql[root@k8s-master mysql]# cat mysql-server.yaml 
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:name: mysql
spec:serviceName: "mysql"replicas: 1selector:matchLabels:app: mysqltemplate:metadata:labels:app: mysqlspec:containers:- name: mysqlimage: daocloud.io/library/mysql:5.7ports:- containerPort: 3306env:- name: MYSQL_ROOT_PASSWORDvalue: "Qfedu@123"volumeMounts:- name: mysql-datamountPath: /var/lib/mysqlvolumeClaimTemplates:- metadata:name: mysql-dataspec:accessModes: ["ReadWriteMany"]storageClassName: managed-nfs-storageresources:requests:storage: 5Gi[root@k8s-master mysql]# kubectl apply -f mysql.pv.yaml 
persistentvolume/mysql-pv created
[root@k8s-master mysql]# kubectl apply -f mysql-svc.yaml 
service/mysql created 
[root@k8s-master mysql]# kubectl apply -f mysql-server.yaml 
statefulset.apps/mysql created[root@k8s-master mysql]# kubectl get pv | grep mysql
mysql-pv   5Gi        RWX            Recycle          Bound    default/mysql-data-mysql-0                               7m28s[root@k8s-master mysql]# kubectl get pvc
NAME                     STATUS   VOLUME     CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
mysql-data-mysql-0       Bound    mysql-pv   5Gi        RWX                           7m16s[root@k8s-master mysql]# kubectl get pods -l app='mysql' -o wide
NAME                        READY   STATUS             RESTARTS   AGE     IP            NODE        NOMINATED NODE   READINESS GATES
mysql-0                     1/1     Running            0          6m22s   10.244.1.28   k8s-node1   <none>           <none>[root@k8s-master mysql]# kubectl exec -it mysql-0 /bin/bash
root@mysql-0:/# mysql -uroot -p'Qfedu@123'
mysql: [Warning] Using a password on the command line interface can be insecure.
Welcome to the MySQL monitor.  Commands end with ; or \g.
...
mysql> show databases;
+--------------------+
| Database           |
+--------------------+
| information_schema |
| mysql              |
| performance_schema |
| sys                |
+--------------------+
4 rows in set (0.01 sec)mysql> create database test1;
Query OK, 1 row affected (0.00 sec)mysql> exit
Bye
root@mysql-0:/# exit
exit 
[root@k8s-master mysql]# cd /mnt/data-3/
[root@k8s-master data-3]# ll
总用量 188484
-rw-r----- 1 polkitd ssh_keys       56 11月 15 16:24 auto.cnf
-rw------- 1 polkitd ssh_keys     1676 11月 15 16:24 ca-key.pem
-rw-r--r-- 1 polkitd ssh_keys     1112 11月 15 16:24 ca.pem
-rw-r--r-- 1 polkitd ssh_keys     1112 11月 15 16:24 client-cert.pem
-rw------- 1 polkitd ssh_keys     1680 11月 15 16:24 client-key.pem
-rw-r----- 1 polkitd ssh_keys     1353 11月 15 16:25 ib_buffer_pool
-rw-r----- 1 polkitd ssh_keys 79691776 11月 15 16:25 ibdata1
-rw-r----- 1 polkitd ssh_keys 50331648 11月 15 16:25 ib_logfile0
-rw-r----- 1 polkitd ssh_keys 50331648 11月 15 16:24 ib_logfile1
-rw-r----- 1 polkitd ssh_keys 12582912 11月 15 16:25 ibtmp1
drwxr-x--- 2 polkitd ssh_keys     4096 11月 15 16:25 mysql
drwxr-x--- 2 polkitd ssh_keys     8192 11月 15 16:25 performance_schema
-rw------- 1 polkitd ssh_keys     1680 11月 15 16:24 private_key.pem
-rw-r--r-- 1 polkitd ssh_keys      452 11月 15 16:24 public_key.pem
-rw-r--r-- 1 polkitd ssh_keys     1112 11月 15 16:24 server-cert.pem
-rw------- 1 polkitd ssh_keys     1680 11月 15 16:24 server-key.pem
drwxr-x--- 2 polkitd ssh_keys     8192 11月 15 16:25 sys
drwxr-x--- 2 polkitd ssh_keys       20 11月 15 16:29 test1[root@k8s-master mysql]# kubectl delete -f mysql-server.yaml 
statefulset.apps "mysql" deleted
[root@k8s-master mysql]# cd /mnt/data-3/
[root@k8s-master data-3]# ll
总用量 176196
-rw-r----- 1 polkitd ssh_keys       56 11月 15 16:24 auto.cnf
-rw------- 1 polkitd ssh_keys     1676 11月 15 16:24 ca-key.pem
-rw-r--r-- 1 polkitd ssh_keys     1112 11月 15 16:24 ca.pem
-rw-r--r-- 1 polkitd ssh_keys     1112 11月 15 16:24 client-cert.pem
-rw------- 1 polkitd ssh_keys     1680 11月 15 16:24 client-key.pem
-rw-r----- 1 polkitd ssh_keys      688 11月 15 16:32 ib_buffer_pool
-rw-r----- 1 polkitd ssh_keys 79691776 11月 15 16:32 ibdata1
-rw-r----- 1 polkitd ssh_keys 50331648 11月 15 16:32 ib_logfile0
-rw-r----- 1 polkitd ssh_keys 50331648 11月 15 16:24 ib_logfile1
drwxr-x--- 2 polkitd ssh_keys     4096 11月 15 16:25 mysql
drwxr-x--- 2 polkitd ssh_keys     8192 11月 15 16:25 performance_schema
-rw------- 1 polkitd ssh_keys     1680 11月 15 16:24 private_key.pem
-rw-r--r-- 1 polkitd ssh_keys      452 11月 15 16:24 public_key.pem
-rw-r--r-- 1 polkitd ssh_keys     1112 11月 15 16:24 server-cert.pem
-rw------- 1 polkitd ssh_keys     1680 11月 15 16:24 server-key.pem
drwxr-x--- 2 polkitd ssh_keys     8192 11月 15 16:25 sys
drwxr-x--- 2 polkitd ssh_keys       20 11月 15 16:29 test1[root@k8s-master data-3]# cd -
/k8s/application/mysql
[root@k8s-master mysql]# kubectl apply  -f mysql-server.yaml 
statefulset.apps/mysql created
[root@k8s-master mysql]# kubectl exec -it mysql-0 /bin/bash
root@mysql-0:/# mysql -uroot -p'Qfedu@123'
...
mysql> show databases;
+--------------------+
| Database           |
+--------------------+
| information_schema |
| mysql              |
| performance_schema |
| sys                |
| test1              |
+--------------------+
5 rows in set (0.01 sec)mysql>

5 k8s中无状态服务和有状态服务部署的区别？

无状态：

1. pod命名：pod名由资源名+随机的字符串组成；
2. 数据存储：多个实例pod可以共享相同的持久化数据，存储不是必要条件；
3. 扩缩容：可以随意扩缩容某个pod，不会指定某个pod进行扩缩容；
4. 启停顺序：因为pod名的序号是随机串，无启停顺序之分；
5. 无状态k8s资源：ReplicaSet、ReplicationController、Deployment、DaemonSet、Job等资源；
6. 无状态服务：tomcat、nginx等；

有状态 这里假设有N个pod；

1. pod命名：pod名由statefulset资源名+有序的数字组成（0,1,2...N-1），且pod有特定的网络标识；
2. 数据存储：有状态的服务对应实例需要有自己的独立持久卷存储；
3. 扩缩容：扩缩容不可随意，缩容是从数字最大的开始递减，扩容是在原有pod序号基础上递增1。
4. 启停顺序：pod启停是有顺序的，启动时，先启动pod序号为0的，然后依次递增至N-1；停止时，先停止pod序号为最大的N-1，然后依次递减至0；
5. 有状态k8s资源：StatefulSet资源；
6. 有状态服务：Kafka、ZooKeeper、MySql、MongoDB以及一些需要保存日志的应用等服务；