k8s 控制器StatefulSet原理解析

2024-04-12 09:28

本文主要是介绍k8s 控制器StatefulSet原理解析,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

🐇明明跟你说过:个人主页

🏅个人专栏:《Kubernetes航线图:从船长到K8s掌舵者》 🏅

🔖行路有良友,便是天堂🔖

目录

一、前言

1、k8s概述

2、有状态服务和无状态服务 

二、StatefulSet基本概念

1、StatefulSet特性 

2、StatefulSet与Deployment、DaemonSet的对比 

三、StatefulSet核心组件

1、Headless Service

2、VolumeClaimTemplates

四、StatefulSet的工作原理 

1、Pod名称与网络标识的确定性

2、存储卷的动态分配与绑定 

3、故障恢复与重建机制


一、前言

1、k8s概述

 Kubernetes单词起源于希腊语, 是“舵手”或者“领航员、飞行员”的意思。

Kubernetes(简称K8s)的前世今生可以追溯到谷歌(Google)内部的一个项目,它起源于2003年,当时谷歌正面临着不断增长的应用程序和服务的管理挑战。这个项目最初被称为"Borg",是一个早期的容器编排系统。Borg 的成功经验成为 Kubernetes 开发的契机。

 有关k8s起源的介绍,请参考《初识K8s之前世今生、架构、组件、前景》这篇文章

Kubernetes的优点包括可移植性、可伸缩性和扩展性。它使用轻型的YAML清单文件实现声明性部署方法,对于应用程序更新,无需重新构建基础结构。管理员可以计划和部署容器,根据需要扩展容器并管理其生命周期。借助Kubernetes的开放源代码API,用户可以通过首选编程语言、操作系统、库和消息传递总线来构建应用程序,还可以将现有持续集成和持续交付(CI/CD)工具集成。

2、有状态服务和无状态服务 

1.有状态服务(Stateful Service):

  • 有状态服务在处理请求时会在多个请求之间维护一些状态信息,这些状态信息可能包括用户会话信息、缓存数据、数据库连接等。这些状态信息会被保存在服务的内存、数据库或其他持久化存储中。
  • 有状态服务会对每个请求的处理结果依赖于之前的请求状态,因此需要保持一致的状态信息。这可能会导致在水平扩展时出现一些问题,因为需要确保每个请求都被路由到正确的具有相同状态的实例上。
  • 典型的有状态服务包括数据库服务、消息队列服务和一些分布式系统的状态节点。

2.无状态服务(Stateless Service):

  • 无状态服务在处理请求时不会保存任何状态信息,每个请求都是独立的,不依赖于之前的请求状态。服务会根据请求的参数和当前的环境进行计算和处理,并返回结果。
  • 无状态服务通常会将状态信息保存在外部的存储系统中,如数据库或缓存中。每个请求处理完成后,服务不会保留任何状态,因此可以轻松实现水平扩展,通过增加更多的实例来处理更多的请求。
  • 典型的无状态服务包括Web服务器、负载均衡器、静态文件服务器和一些微服务架构中的服务。

总结起来说,无状态服务通常包括前后端代码、中间件等这些不需要做数据持久化的服务,因为这些服务不用担心因故障导致的服务重建而造成的数据丢失。

而有状态服务通常指数据库和消息队列,比如说MySQL、ES、kafka等需要做数据持久化的服务,因为这些服务所在的Pod如果没有数据持久化,一旦Pod重启或飘逸,就会丢失数据。

二、StatefulSet基本概念

1、StatefulSet特性 

StatefulSet是Kubernetes中用于管理有状态应用的控制器。与Deployment不同,StatefulSet维护了有状态应用的稳定标识符,并且为每个Pod分配了一个唯一的标识符。这使得StatefulSet非常适合运行需要稳定标识符的应用程序,例如数据库。

以下是StatefulSet的一些主要特性:

  1. 稳定的网络标识符:每个StatefulSet中的Pod都具有稳定的网络标识符,可以通过其索引或名称进行访问。这些标识符会随着Pod的重启而保持不变。
  2. 有序部署和扩展:StatefulSet可以确保Pod按照指定的顺序进行部署和扩展。这对于有状态应用程序非常重要,因为它们通常需要在集群中的不同节点上以特定的顺序启动。
  3. 稳定的存储:StatefulSet可以为每个Pod提供独立的持久化存储。这些存储卷可以在Pod重启时保持不变,确保数据的持久性。
  4. 有状态的服务发现:StatefulSet会为每个Pod分配一个唯一的DNS名称,可以通过该名称进行服务发现。这使得有状态应用程序可以通过DNS名称进行通信,而不必担心Pod的IP地址变化。
  5. 有序的Pod终止:与部署不同,StatefulSet可以确保Pod按照指定的顺序终止。这对于有状态应用程序的升级和维护非常重要,因为它们可能需要在终止之前执行一些清理操作。

  

2、StatefulSet与Deployment、DaemonSet的对比 

StatefulSet、Deployment和DaemonSet是Kubernetes中常用的控制器,用于管理不同类型的应用。它们之间有以下几点区别:

StatefulSet:

  • 用于管理有状态应用程序,如数据库。
  • 每个Pod都有一个唯一的稳定标识符,可以持久化地保留在Pod的整个生命周期中。
  • 可以按照指定的顺序部署、扩展和终止Pod,以确保有状态应用程序的稳定性。
  • 可以为每个Pod提供独立的持久化存储。

Deployment:

  • 用于管理无状态应用程序,如Web服务。
  • 负责确保指定数量的Pod副本运行在集群中,无需关注Pod的顺序或标识符。
  • 可以进行滚动更新,快速部署新版本的应用程序,并确保不中断服务。
  • 适用于需要水平扩展的应用程序,例如负载均衡的Web服务。

DaemonSet:

  • 用于在集群中的每个节点上运行一个副本的Pod,通常用于运行后台任务或监控代理。
  • 与Deployment不同,DaemonSet确保每个节点都有一个Pod副本运行,而不管节点的数量如何变化。
  • 可以用于部署一些与节点相关的服务,例如日志收集器或网络代理。

   

三、StatefulSet核心组件

1、Headless Service

StatefulSet与Headless Service通常结合使用,以管理有状态应用程序的网络通信。这两者的关系如下:

StatefulSet:

  • 用于管理有状态的应用程序,如数据库或其他需要持久标识符的服务。
  • 每个Pod都有一个唯一的、稳定的标识符,可以通过索引或名称访问。
  • 通常需要与Headless Service结合使用,以便为每个Pod提供唯一的DNS记录,以支持服务发现和网络通信。

Headless Service:

  • 是一种特殊类型的Kubernetes Service,它没有ClusterIP。
  • 通过为每个Pod提供一个DNS记录,允许直接通过Pod的IP地址进行网络通信。
  • 通常与StatefulSet一起使用,为StatefulSet中的每个Pod提供唯一的DNS记录,以便其他应用程序可以通过这些DNS记录直接访问每个Pod。

在StatefulSet中,每个Pod都有一个唯一的DNS记录,该DNS记录遵循以下格式:

$(podname).$(service name).$(namespace).svc.cluster.local


通过这种方式,其他应用程序可以直接使用该DNS记录来访问StatefulSet中的每个Pod,从而实现服务发现和网络通信。

   

2、VolumeClaimTemplates

VolumeClaimTemplates是StatefulSet中的一个重要组件,用于定义与每个Pod相关联的PersistentVolumeClaim(PVC)的模板。在StatefulSet中,每个Pod都会有一个关联的PVC,用于请求持久化存储资源,以便数据在Pod之间的迁移和持久化。

VolumeClaimTemplates的主要作用包括:

  1. 定义模板:VolumeClaimTemplates允许定义PVC的模板,其中包括存储类、访问模式、存储资源请求等信息。这些模板将被用于为StatefulSet中的每个Pod创建对应的PVC。

  2. 自动生成PVC:根据定义的模板,Kubernetes会自动为StatefulSet中的每个Pod创建对应的PVC。这样可以确保每个Pod都有自己的持久化存储资源。

  3. 与StatefulSet关联:VolumeClaimTemplates与StatefulSet关联,使得它们能够一起协同工作。当创建或更新StatefulSet时,Kubernetes会根据VolumeClaimTemplates的定义自动创建或更新PVC。

  4. 简化配置:通过使用VolumeClaimTemplates,可以简化配置,避免手动为每个Pod创建PVC的繁琐工作。只需定义一个模板,Kubernetes就会为每个Pod生成相应的PVC,提高了部署和管理的效率。

   

四、StatefulSet的工作原理 

1、Pod名称与网络标识的确定性

StatefulSet在创建Pod时,会为每个Pod分配一个唯一的名称,并使用该名称来确定Pod的网络标识。这种确定性是通过StatefulSet控制器的设计来实现的,

其工作原理如下:

Pod名称的确定性:

  • StatefulSet控制器根据定义的Pod模板和副本数量,生成一系列Pod的名称。通常,Pod的名称会包含StatefulSet的名称以及一个唯一的索引号,例如<statefulset-name>-<ordinal>。
  • 这些Pod名称的确定性保证了每个Pod都有一个唯一的标识符,便于管理和识别。

网络标识的确定性:

  • StatefulSet控制器会为每个Pod分配一个稳定的DNS名称,通常是基于Pod名称的域名。例如,如果StatefulSet的名称是myapp,则第一个Pod的DNS名称可能是myapp-0.myapp.default.svc.cluster.local。
  • 这种确定性的DNS名称确保了每个Pod都有一个稳定的网络标识符,其他应用可以通过DNS来发现和访问这些Pod。

启动和更新顺序:

  • StatefulSet控制器按照定义的副本数量和启动顺序逐个创建和更新Pod。通常情况下,后续Pod的启动和更新会等待前一个Pod完全启动和准备就绪后再开始。
  • 这种有序的启动和更新顺序保证了应用的可靠性和稳定性,确保了应用的初始化和数据同步等过程能够顺利进行。

2、存储卷的动态分配与绑定 

StatefulSet的工作原理中,存储卷的动态分配与绑定是通过volumeClaimTemplates字段实现的。这个字段允许定义一个或多个VolumeClaimTemplates,它们描述了每个Pod所需的存储卷大小和访问模式。在创建StatefulSet时,Kubernetes将根据这些模板动态地创建PersistentVolumeClaim(PVC),然后将其与对应的PersistentVolume(PV)绑定。

工作原理大致如下:

定义VolumeClaimTemplates:

  • 在StatefulSet的配置中,通过volumeClaimTemplates字段定义每个Pod所需的存储卷模板。这些模板包含了存储卷的名称、大小、访问模式等信息。

动态创建PVC:

  • 当创建StatefulSet时,Kubernetes会根据定义的VolumeClaimTemplates动态地创建对应数量的PVC。每个PVC都会根据模板中的定义,分配一个唯一的名称,并指定所需的存储卷大小和访问模式。

PV的动态绑定:

  • 一旦PVC被创建,Kubernetes会自动查找满足其需求的可用PV。如果存在符合条件的PV,则将PVC与PV进行绑定。如果没有可用的PV,Kubernetes将根据定义的StorageClass动态创建新的PV,并将其与PVC进行绑定。

PVC的挂载:

  • 绑定完成后,StatefulSet会将每个Pod的PVC挂载到对应的容器中。容器可以通过挂载的PVC来访问和使用持久化存储。

通过这种方式,StatefulSet能够自动管理存储卷的动态分配和绑定过程,确保每个Pod都拥有自己独立的持久化存储,并且能够持久化地保存应用程序的数据。这种动态的存储卷管理机制使得StatefulSet适用于需要持久化存储的有状态应用,如数据库、消息队列等。

3、故障恢复与重建机制

  1. 稳定的网络标识和稳定的持久化存储:StatefulSet保证每个Pod都有唯一的网络标识和持久化存储。即使Pod重新启动或迁移到其他节点,它们也会保持相同的网络标识和持久化存储,从而确保应用程序状态的持久性。
  2. 有序的Pod部署和终止:StatefulSet会按照定义的顺序逐个部署和终止Pod。这确保了在更新或扩容时,每个Pod都能以有序的方式启动和停止,从而避免了并发启动或停止可能导致的问题。
  3. 滚动更新策略:StatefulSet支持滚动更新策略,可以逐个替换旧的Pod实例。在进行滚动更新时,它会等待新Pod就绪后再继续更新下一个Pod,从而确保更新过程的稳健性和可控性。
  4. 自动重启和重建:如果某个Pod失败或被终止,StatefulSet会自动重启该Pod或在另一个节点上重建一个新的Pod,以保持所需的副本数量。
  5. 管理PVC的生命周期:StatefulSet还负责管理与之关联的PersistentVolumeClaim(PVC)的生命周期。当StatefulSet被删除时,它会根据定义的回收策略来处理PVC,可以选择保留或删除与之关联的持久化存储。

💕💕💕每一次的分享都是一次成长的旅程,感谢您的陪伴和关注。希望这些关于Kubernetes的文章能陪伴您走过技术的一段旅程,共同见证成长和进步!😺😺😺

🧨🧨🧨让我们一起在技术的海洋中探索前行,共同书写美好的未来!!!

这篇关于k8s 控制器StatefulSet原理解析的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/896742

相关文章

网页解析 lxml 库--实战

lxml库使用流程 lxml 是 Python 的第三方解析库,完全使用 Python 语言编写,它对 XPath表达式提供了良好的支 持,因此能够了高效地解析 HTML/XML 文档。本节讲解如何通过 lxml 库解析 HTML 文档。 pip install lxml lxm| 库提供了一个 etree 模块,该模块专门用来解析 HTML/XML 文档,下面来介绍一下 lxml 库

深入探索协同过滤:从原理到推荐模块案例

文章目录 前言一、协同过滤1. 基于用户的协同过滤(UserCF)2. 基于物品的协同过滤(ItemCF)3. 相似度计算方法 二、相似度计算方法1. 欧氏距离2. 皮尔逊相关系数3. 杰卡德相似系数4. 余弦相似度 三、推荐模块案例1.基于文章的协同过滤推荐功能2.基于用户的协同过滤推荐功能 前言     在信息过载的时代,推荐系统成为连接用户与内容的桥梁。本文聚焦于

【C++】_list常用方法解析及模拟实现

相信自己的力量,只要对自己始终保持信心,尽自己最大努力去完成任何事,就算事情最终结果是失败了,努力了也不留遗憾。💓💓💓 目录   ✨说在前面 🍋知识点一:什么是list? •🌰1.list的定义 •🌰2.list的基本特性 •🌰3.常用接口介绍 🍋知识点二:list常用接口 •🌰1.默认成员函数 🔥构造函数(⭐) 🔥析构函数 •🌰2.list对象

hdu4407(容斥原理)

题意:给一串数字1,2,......n,两个操作:1、修改第k个数字,2、查询区间[l,r]中与n互质的数之和。 解题思路:咱一看,像线段树,但是如果用线段树做,那么每个区间一定要记录所有的素因子,这样会超内存。然后我就做不来了。后来看了题解,原来是用容斥原理来做的。还记得这道题目吗?求区间[1,r]中与p互质的数的个数,如果不会的话就先去做那题吧。现在这题是求区间[l,r]中与n互质的数的和

90、k8s之secret+configMap

一、secret配置管理 配置管理: 加密配置:保存密码,token,其他敏感信息的k8s资源 应用配置:我们需要定制化的给应用进行配置,我们需要把定制好的配置文件同步到pod当中容器 1.1、加密配置: secret: [root@master01 ~]# kubectl get secrets ##查看加密配置[root@master01 ~]# kubectl get se

K8S(Kubernetes)开源的容器编排平台安装步骤详解

K8S(Kubernetes)是一个开源的容器编排平台,用于自动化部署、扩展和管理容器化应用程序。以下是K8S容器编排平台的安装步骤、使用方式及特点的概述: 安装步骤: 安装Docker:K8S需要基于Docker来运行容器化应用程序。首先要在所有节点上安装Docker引擎。 安装Kubernetes Master:在集群中选择一台主机作为Master节点,安装K8S的控制平面组件,如AP

hdu4407容斥原理

题意: 有一个元素为 1~n 的数列{An},有2种操作(1000次): 1、求某段区间 [a,b] 中与 p 互质的数的和。 2、将数列中某个位置元素的值改变。 import java.io.BufferedInputStream;import java.io.BufferedReader;import java.io.IOException;import java.io.Inpu

hdu4059容斥原理

求1-n中与n互质的数的4次方之和 import java.io.BufferedInputStream;import java.io.BufferedReader;import java.io.IOException;import java.io.InputStream;import java.io.InputStreamReader;import java.io.PrintWrit

OWASP十大安全漏洞解析

OWASP(开放式Web应用程序安全项目)发布的“十大安全漏洞”列表是Web应用程序安全领域的权威指南,它总结了Web应用程序中最常见、最危险的安全隐患。以下是对OWASP十大安全漏洞的详细解析: 1. 注入漏洞(Injection) 描述:攻击者通过在应用程序的输入数据中插入恶意代码,从而控制应用程序的行为。常见的注入类型包括SQL注入、OS命令注入、LDAP注入等。 影响:可能导致数据泄

从状态管理到性能优化:全面解析 Android Compose

文章目录 引言一、Android Compose基本概念1.1 什么是Android Compose?1.2 Compose的优势1.3 如何在项目中使用Compose 二、Compose中的状态管理2.1 状态管理的重要性2.2 Compose中的状态和数据流2.3 使用State和MutableState处理状态2.4 通过ViewModel进行状态管理 三、Compose中的列表和滚动