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序言
在你想要放弃的时候,想想是什么让你当初坚持走到了这里。
Kubernetes (k8s) 是一个容器编排平台,允许在容器中运行应用程序和服务。今天学习一下有状态服务。
有状态服务是一种特殊类型的服务,它们需要保持数据的状态,以确保可靠性和一致性。在 Kubernetes 中,有状态服务通常是指需要持久化数据存储的服务,如数据库服务。
文章标记颜色说明:
- 黄色:重要标题
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1 基本介绍
在 Kubernetes 中,有状态服务可以使用 StatefulSet 来进行部署和管理。
StatefulSet 可以确保有状态服务的有序部署和缩放,并在节点失败时自动重新启动实例。
与 Deployment 不同,StatefulSet 提供了稳定的网络标识符和稳定的存储卷名称,以确保有状态服务在重新调度后仍能够保持其身份和数据。
以下是有状态服务在 Kubernetes 中的一些重要概念和实践:
Headless Service:Headless Service 是一种没有 Cluster IP 的 Service,它提供了一个稳定的 DNS 记录,以便有状态服务可以通过 DNS 查找彼此。Headless Service 通常与 StatefulSet 配合使用,以确保每个 Pod 都有唯一的 DNS 记录和稳定的网络标识符。
PersistentVolume:PersistentVolume 是一种 Kubernetes 资源,它表示一个持久化存储卷。有状态服务通常使用 PersistentVolume 来持久化存储数据。
StatefulSet:StatefulSet 是一种 Kubernetes 资源,用于部署有状态服务。StatefulSet 可以确保有序部署和缩放,并在节点故障时自动重新启动实例。StatefulSet 还提供了稳定的网络标识符和稳定的存储卷名称,以确保有状态服务在重新调度后仍能够保持其身份和数据。
Init Containers:Init Containers 是一种特殊类型的容器,它们在应用程序容器启动之前运行,并可以执行一些初始化任务,例如创建数据库或检查数据完整性。有状态服务通常使用 Init Containers 来进行一些必要的初始化操作。
总之,在 Kubernetes 中管理有状态服务需要使用一些特定的概念和实践,例如 Headless Service、PersistentVolume、StatefulSet 和 Init Containers。
这些工具和实践可以确保有状态服务的可靠性和一致性,并使其在节点故障和重新调度时能够正确地恢复和保持状态。
2 使用介绍
2.1 Headless Service
Headless Service 是 Kubernetes 中的一种服务类型,它不会分配 Cluster IP,并且不会进行负载均衡。
相反,它返回与服务中的每个端点相对应的 DNS 记录,这些记录可以用于直接访问这些端点。
Headless Service 通常用于需要直接与 Pod 进行通信的情况,例如 StatefulSet。
下面是一个使用 Headless Service 的示例代码:
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: my-headless-service #
spec:
clusterIP: None
selector:
app: my-app
ports:
- name: http
port: 80
targetPort: 8080
---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
name: my-statefulset
spec:
serviceName: my-headless-service
replicas: 3
selector:
matchLabels:
app: my-app
template:
metadata:
labels:
app: my-app
spec:
containers:
- name: my-container
image: my-image
ports:
- containerPort: 8080
env:
- name: MY_POD_NAME
valueFrom:
fieldRef:
fieldPath: metadata.name
- 在上述示例中,定义了一个 Headless Service,名为
my-headless-service
,并将其设置为clusterIP: None
,这样它就不会分配 Cluster IP。- 然后,定义了一个 StatefulSet,名为
my-statefulset
,并指定了serviceName: my-headless-service
,这意味着 StatefulSet 将使用我们定义的 Headless Service。- 还指定了
replicas: 3
,这意味着我们将有三个 Pod。每个 Pod 包含一个名为my-container
的容器,该容器使用名为my-image
的映像,并公开端口 8080。- 还将
MY_POD_NAME
环境变量设置为 Pod 的名称,以便容器可以使用该名称来识别自己。- 这是一个基本的 Headless Service 示例,当访问服务时,它将返回每个 Pod 的 DNS 记录,可以使用这些记录来直接访问每个 Pod。
2.2 PersistentVolume
PersistentVolume (PV)是 Kubernetes 中的一种资源对象,用于将存储系统的抽象层提升到Kubernetes平台上
它提供了一种独立于 Pod 的方式来管理和使用存储资源,以使应用程序在不同的节点上运行时能够使用相同的存储资源,使得 Pod 可以在多个节点之间移动而不会丢失数据。
以下是一个使用 PersistentVolume 的示例:
PersistentVolume提供了一种抽象机制,用于将存储资源分配给应用程序,而无需关心底层存储系统的细节。
下面是一个PersistentVolume的示例:
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume #资源类型
metadata:
name: pv-nfs
spec:
storageClassName: nfs-storage
capacity:
storage: 10Gi
accessModes:
- ReadWriteMany
nfs:
path: /mnt/data
server: nfs.example.com
在这个示例中,创建了一个名为pv-nfs的PersistentVolume对象,它使用了nfs-storage存储类。
它有一个10GB的存储容量,可以同时被多个节点以读写方式访问。底层存储是一个NFS服务器,挂载点为/mnt/data。
接下来是一个使用PersistentVolume的示例Deployment:
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment #资源类型
metadata:
name: nginx-deployment
spec:
replicas: 3
selector:
matchLabels:
app: nginx
template:
metadata:
labels:
app: nginx
spec:
volumes:
- name: nginx-persistent-storage
persistentVolumeClaim:
claimName: nginx-pvc
containers:
- name: nginx
image: nginx:latest
ports:
- containerPort: 80
volumeMounts:
- name: nginx-persistent-storage
mountPath: /usr/share/nginx/html
在这个示例中,创建了一个名为nginx-deployment的Deployment对象,它有三个副本。
这个Deployment对象使用了一个名为nginx-pvc的PersistentVolumeClaim对象。
Deployment中的Pod可以通过名为nginx-persistent-storage的卷来访问该PersistentVolumeClaim。Pod中的容器使用了这个卷,并将它挂载到容器的/usr/share/nginx/html目录中。
最后,下面是一个PersistentVolumeClaim的示例:
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim #资源类型
metadata:
name: nginx-pvc
spec:
storageClassName: nfs-storage
accessModes:
- ReadWriteMany
resources:
requests:
storage: 10Gi
在这个示例中,创建了一个名为nginx-pvc的PersistentVolumeClaim对象,它使用了nfs-storage存储类。它请求10GB的存储空间,并且可以同时被多个节点以读写方式访问。
以上是PersistentVolume的示例和使用方式,通过这些示例,你可以了解到如何在Kubernetes中使用PersistentVolume资源对象。
2.3 StatefulSet
StatefulSet是Kubernetes中的一种资源对象,用于管理有状态应用程序的部署。与Deployment等其他部署对象不同,StatefulSet提供了有状态应用程序所需的唯一标识符和稳定的网络标识符。
以下是一个StatefulSet的示例,用于运行一个具有持久化存储的MySQL数据库。
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet #资源类型
metadata:
name: mysql
spec:
serviceName: mysql
replicas: 3
selector:
matchLabels:
app: mysql
template:
metadata:
labels:
app: mysql
spec:
containers:
- name: mysql
image: mysql:5.7
env:
- name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
value: "password"
ports:
- containerPort: 3306
volumeMounts:
- name: mysql-persistent-storage
mountPath: /var/lib/mysql
volumeClaimTemplates:
- metadata:
name: mysql-persistent-storage
spec:
accessModes: [ "ReadWriteOnce" ]
resources:
requests:
storage: 10Gi
让我们逐个解释上面的代码:
apiVersion
:指定使用的Kubernetes API版本。kind
:指定要创建的资源类型。metadata.name
:为StatefulSet指定唯一的名称。spec.serviceName
:为StatefulSet中所有Pods指定唯一的服务名称,以便其他应用程序可以通过DNS解析器访问它们。spec.replicas
:指定要创建的Pod副本数。spec.selector
:指定要部署的Pod的标签。spec.template
:为要部署的Pod定义一个模板。spec.template.metadata.labels
:为Pod定义标签,这些标签将用于将Pod与StatefulSet相关联。spec.template.spec.containers
:为要部署的容器定义一个列表。spec.template.spec.containers.name
:为容器指定一个名称。spec.template.spec.containers.image
:指定要使用的容器映像。spec.template.spec.containers.env
:定义容器的环境变量。spec.template.spec.containers.ports
:为容器指定要公开的端口。spec.template.spec.containers.volumeMounts
:定义要将持久卷挂载到容器的路径。volumeClaimTemplates
:为每个Pod创建一个持久卷声明,这些声明将指向上面定义的PersistentVolumeClaim(PVC)。
总的来说,以上示例中定义了一个MySQL StatefulSet,它包括3个Pods,每个Pod都挂载了一个10GB的持久卷,用于存储MySQL数据库。这些Pods具有唯一的名称(例如,mysql-0,mysql-1,mysql-2),并具有稳定的网络标识符(例如,mysql-0.mysql,mysql-1.mysql,mysql-2.mysql),使它们可以轻松地与其他应用程序进行通信。
2.4 Init Containers
Kubernetes (k8s) Init Containers是一种特殊类型的容器,它们用于在Pod中的主容器启动之前执行一些初始化任务。这些初始化任务可以包括预装软件、下载数据、初始化数据库等操作。
Init Containers会按照定义的顺序运行,并且只有在每个Init容器完成其任务后才会继续启动主容器。
这使得Kubernetes可以更好地控制和管理容器应用程序的生命周期和依赖关系。
下面是一个Init容器的示例定义:
apiVersion: v1
kind: Pod #资源类型
metadata:
name: mypod
spec:
containers:
- name: main-container
image: nginx:latest
initContainers:
- name: init-myservice
image: busybox:latest
command: ['sh', '-c', 'until nslookup myservice; do echo waiting for myservice; sleep 2; done;']
在这个示例中,定义了一个Pod,其中包含一个名为
main-container
的容器和一个名为init-myservice
的Init容器。Init容器使用busybox镜像,并使用命令
nslookup
检查名为myservice
的服务是否可以解析。如果它无法解析,它将等待2秒钟并重试,直到成功为止。一旦Init容器完成它的任务,Kubernetes将继续启动主容器。
Init容器的代码示例如下:
apiVersion: v1
kind: Pod #资源类型
metadata:
name: mypod
spec:
initContainers:
- name: init-myservice
image: busybox:latest
command: ['sh', '-c', 'until nslookup myservice; do echo waiting for myservice; sleep 2; done;']
- name: init-mydbservice
image: busybox:latest
command: ['sh', '-c', 'until nc -zv mydb 3306; do echo waiting for mydb; sleep 2; done;']
containers:
- name: main-container
image: nginx:latest
在这个示例中,定义了两个Init容器:
init-myservice
和init-mydbservice
。
- 第一个容器检查是否可以解析
myservice
服务,- 第二个容器检查是否可以连接到
mydb
数据库的3306端口。一旦两个Init容器都完成它们的任务,Kubernetes将继续启动主容器。
3 问题
思考一下这几个问题:
- 什么是有状态服务?如何与无状态服务区分开来?
- 有哪些常见的有状态服务?它们的特点是什么?
- 如何在 Kubernetes 中管理有状态服务?
- 如何进行有状态服务的伸缩?
- 如何实现有状态服务的高可用性?
- 如何进行有状态服务的备份和恢复?
- 如何进行有状态服务的数据持久化?
- 如何进行有状态服务的版本控制和滚动升级?
- 如何进行有状态服务的监控和故障排查?
- 有没有使用过 StatefulSet,能介绍一下它的特点和用法?
下篇文章,会解答这几个问题。