[Nativo en la nube | Aprenda Kubernetes desde cero] 23. Controlador de Kubernetes Statefulset

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Controlador Statefulset: interpretación de conceptos y principios

StatefulSet está diseñado para gestionar el problema de los servicios con estado

Para los Pods en StatefulSet, cada Pod monta su propio almacenamiento independiente. Si un Pod falla, se inicia un Pod con el mismo nombre desde otro nodo, y el almacenamiento en el que está montado el Pod original continúa brindando servicios en su estado.

¿Servicio con estado?

Un StatefulSet es una colección con estado que administra servicios con estado, y los nombres de los pods que administra no se pueden cambiar a voluntad. El directorio de persistencia de datos también es diferente. Cada Pod tiene su propio directorio de almacenamiento de persistencia de datos único. Como MySQL maestro-esclavo, redis cluster, etc.

• Haz que cada Pod sea independiente
• Haga que cada Pod sea independiente, mantenga el orden de inicio y la singularidad del Pod
• Identificador de red único, almacenamiento persistente
• Ordenado, como maestro-esclavo en mysql

Las empresas adecuadas para StatefulSet incluyen servicios de base de datos MySQL y PostgreSQL, servicios de administración en clúster Zookeeper, etcd y otros servicios con estado

Otro escenario de aplicación típico de StatefulSet es como un mecanismo más estable y confiable para simular máquinas virtuales que los contenedores ordinarios. Una máquina virtual tradicional es una mascota con estado, y los operadores deben mantenerla constantemente. Cuando los contenedores se hicieron populares por primera vez, usamos contenedores para simular el uso de máquinas virtuales, y todos los estados se almacenaron en contenedores, lo que se ha demostrado que es muy inseguro y no fidedigno.

Con StatefulSet, los pods aún pueden proporcionar alta disponibilidad al desplazarse a diferentes nodos, y el almacenamiento también puede proporcionar una alta confiabilidad a través del almacenamiento externo. Lo que hace StatefulSet es asociar ciertos pods con cierto almacenamiento para garantizar la continuidad del estado.

¿Servicio apátrida?

RC, Deployment y DaemonSet son todos servicios sin estado. La IP, el nombre, el orden de inicio y detención de los Pods que administran son aleatorios. El individuo no tiene impacto en el conjunto. Todos los pods comparten un volumen de datos. El tomcat implementado es un servicio sin estado. Si se elimina el tomcat, inicie un nuevo tomcat y únase al clúster, independientemente del nombre del tomcat.

• Think Pods son todos iguales
• sin requisito de pedido
• Independientemente del nodo en el que se ejecute la aplicación
• Capacidad de escalar y expandirse a voluntad

Un StatefulSet consta de las siguientes partes:

1. Servicio sin cabeza: se utiliza para definir el identificador de red del módulo y generar registros de DNS resolubles

2. volumeClaimTemplates: plantilla de aplicación de volumen de almacenamiento, cree pvc, especifique el nombre y el tamaño de pvc, cree automáticamente pvc y pvc lo proporciona la clase de almacenamiento.

3.StatefulSet: administra pods

¿Qué es el servicio sin cabeza?

El servicio headless no asigna un clusterIP. El servicio headless puede devolver las direcciones dns e ip de todos los pods analizando el DNS del servicio (los pods implementados por statefulSet tienen DNS). Para los servicios ordinarios, el ClusterIP del servicio solo se puede devolver analizando el DNS del servicio.

¿Por qué usar el servicio headless (servicio sin ip de servicio)?

Cuando se usa Implementación, los nombres de los pods creados no se ordenan, sino cadenas aleatorias. Cuando se usa statefulset para administrar los pods, los nombres de los pods se deben ordenar y cada pod no se puede reemplazar a voluntad. Después de reconstruir el pod, el nombre del pod sigue siendo lo mismo. . Debido a que las IP de los pods cambian, use los nombres de los pods para identificarlos. El nombre del pod es un identificador único para el pod y debe ser persistente y válido. Aquí es donde se utilizan los servicios sin cabeza, que pueden dar a cada pod un nombre único.

1.headless service 会为 service 分配一个域名
<service name>.$<namespace name>.svc.cluster.local
K8s 中资源的全局 FQDN 格式:
Service_NAME.NameSpace_NAME.Domain.LTD.
Domain.LTD.=svc.cluster.local. #这是默认 k8s 集群的域名。
FQDN 全称 Fully Qualified Domain Name 即全限定域名：同时带有主机名和域名的名称
FQDN = Hostname + DomainName
如 主机名是 paopao 域名是 csdn.com
FQDN= paopao.csdn.com

2.StatefulSet 会为关联的 Pod 保持一个不变的 Pod Name
statefulset 中 Pod 的名字格式为$(StatefulSet name)-$(pod 序号)

3.StatefulSet 会为关联的 Pod 分配一个 dnsName
$<Pod Name>.$<service name>.$<namespace name>.svc.cluster.local

¿Por qué usar volumeClaimTemplate?

El almacenamiento persistente se usa para aplicaciones con estado, como mysql maestro-esclavo.Dado que los datos de la base de datos maestro-esclavo no se pueden almacenar en un directorio, cada nodo de mysql debe tener su propio espacio de almacenamiento independiente. El volumen de almacenamiento creado en la implementación es un volumen de almacenamiento compartido, y varios pods usan el mismo volumen de almacenamiento, y sus datos están sincronizados, y cada pod en la definición statefulset no puede usar el mismo volumen de almacenamiento, lo que requiere el uso de volumeClainTemplate, cuando usando statefulset para crear un pod, volumeClainTemplate generará automáticamente un PVC para solicitar vincular un PV, cada pod tiene su propio volumen de almacenamiento dedicado. El diagrama de relación correspondiente a Pod, PVC y PV es el siguiente:

Habilidades de escritura de archivos de manifiesto de recursos Statefulset

#查看定义 Statefulset 资源需要的字段
[root@k8smaster ~]# kubectl explain statefulset
KIND:     StatefulSet
VERSION:  apps/v1

DESCRIPTION:
     StatefulSet represents a set of pods with consistent identities. Identities
     are defined as: - Network: A single stable DNS and hostname. - Storage: As
     many VolumeClaims as requested. The StatefulSet guarantees that a given
     network identity will always map to the same storage identity.
FIELDS:
   apiVersion <string> #定义 statefulset 资源需要使用的 api 版本
   kind <string> #定义的资源类型
   metadata<Object> #元数据
   spec <Object> #定义容器相关的信息
#查看 statefulset.spec 字段如何定义？
[root@k8smaster ~]#  kubectl explain statefulset.spec
KIND:     StatefulSet
VERSION:  apps/v1

RESOURCE: spec <Object>

DESCRIPTION:
     Spec defines the desired identities of pods in this set.

     A StatefulSetSpec is the specification of a StatefulSet.
FIELDS:
   podManagementPolicy <string> #pod 管理策略
   replicas <integer> #副本数
   revisionHistoryLimit <integer> #保留的历史版本
   selector <Object> -required- #标签选择器，选择它所关联的 pod
   serviceName <string> -required- #headless service 的名字
   template <Object> -required- #生成 pod 的模板
   updateStrategy <Object> #更新策略
   volumeClaimTemplates<[]Object> #存储卷申请模板
#查看 statefulset 的 spec.template 字段如何定义？
#对于 template 而言，其内部定义的就是 pod，pod 模板是一个独立的对象
[root@k8smaster ~]# kubectl explain statefulset.spec.template
KIND:     StatefulSet
VERSION:  apps/v1

RESOURCE: template <Object>

DESCRIPTION:
     template is the object that describes the pod that will be created if
     insufficient replicas are detected. Each pod stamped out by the StatefulSet
     will fulfill this Template, but have a unique identity from the rest of the
     StatefulSet.

     PodTemplateSpec describes the data a pod should have when created from a
     template

FIELDS:
   metadata	<Object>
   spec <Object> #定义容器属性的

Como puede ver arriba, hay dos campos de especificación en el recurso statefulset.

La primera especificación declara cuántas réplicas de pod define el statefulset (solo se implementará un pod de forma predeterminada), el selector que coincide con la etiqueta del pod, la plantilla para crear el pod y la plantilla de solicitud de volumen de almacenamiento.

La segunda especificación es spec.template.spec: se utiliza principalmente para la configuración, como las propiedades del contenedor en Pod. Los contenidos de .spec.template son varias propiedades que se definirán al declarar un objeto Pod, por lo que esta parte también se denomina PodTemplate (Plantilla Pod).

Una cosa más que vale la pena señalar: el selector de etiquetas definido en .spec.selector debe poder coincidir con la etiqueta de Pod definida en spec.template.metadata.labels; de lo contrario, Kubernetes no permitirá la creación de statefulset.

Caso de uso Statefulset: implementación de un sitio web

#创建存储类
[root@k8smaster ~]# mkdir state
[root@k8smaster ~]# cd state/
[root@k8smaster state]# vim class-web.yaml 
apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: nfs-web
provisioner: example.com/nfs

#更新资源清单文件
[root@xianchaomaster1 ~]# kubectl apply -f class-web.yaml
[root@k8smaster state]# kubectl get storageclass
NAME      PROVISIONER       RECLAIMPOLICY   VOLUMEBINDINGMODE   ALLOWVOLUMEEXPANSION   AGE
nfs-web   example.com/nfs   Delete          Immediate           false                  6m16s

#编写一个 Statefulset 资源清单文件
[root@k8smaster state]# vim statefulset.yaml 
apiVersion: v1
kind: Service
metadata: 
  name: nginx
  labels:
     app: nginx
spec:
  ports:
  - port: 80
    name: web
  clusterIP: None
  selector:
    app: nginx
---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata: 
  name: web
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  serviceName: "nginx"
  replicas: 2
  template:
    metadata: 
     labels:
       app: nginx
    spec: 
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx
        ports:
        - containerPort: 80
          name: web
        volumeMounts:
        - name: www
          mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumeClaimTemplates:
  - metadata:
      name: www
    spec:
      accessModes: ["ReadWriteOnce"]
      storageClassName: "nfs-web"
      resources:
        requests: 
          storage: 1Gi

#更新资源清单文件
[root@k8smaster state]# kubectl apply -f statefulset.yaml 
service/nginx created
statefulset.apps/web created
 #查看 statefulset 是否创建成功
[root@k8smaster state]# kubectl get sts -o wide
NAME   READY   AGE   CONTAINERS   IMAGES
web    2/2     59s   nginx        nginx

#查看 pod
[root@k8smaster state]# kubectl get pods -l app=nginx
NAME                    READY   STATUS    RESTARTS   AGE
web-0                   0/1     Pending   0          76s
web-1                   1/1     Pending   0          76s

#通过上面可以看到创建的 pod 是有序的
#查看 headless service
[root@k8smaster state]# kubectl get svc -l app=nginx
NAME    TYPE       CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
nginx   ClusterIP  None           <none>        80/TCP   	   3m
#查看 pvc
[root@k8smaster state]# kubectl get pvc
www-web-0 Bound pvc-13a0482f-4927-63ff-9f2e-1b926b299c6f 1Gi RWO,RWX nfs-web 4m45s
www-web-1 Bound pvc-bc23p2a9-5bjd-00df-829f-ccb4d24g01h1 1Gi RWO,RWX nfs-web 4m41s
#查看 pv
[root@k8smaster state]# kubectl get pv
pvc-13a0482f-4927-63ff-9f2e-1b926b299c6f 1Gi RWO,RWX Delete Bound default/www-web-0 nfs-web 5m3s
pvc-bc23p2a9-5bjd-00df-829f-ccb4d24g01h1 1Gi RWO,RWX Delete Bound default/www-web-1 nfs-web 5m59s

#在data nfs_pro目录下划分的pv

#查看 pod 主机名
[root@k8smaster ~]# for i in 0 1; do kubectl exec web-$i -- sh -c 'hostname';done 
web-0
web-1
#使用 kubectl run 运行一个提供 nslookup 命令的容器的，这个命令来自于 dnsutils 包，通过对 pod 主机名执行 nslookup，可以检查它们在集群内部的 DNS 地址：
[root@k8smaster ~]# kubectl exec -it web-1 -- /bin/bash
root@web-1:/# apt-get update
root@web-1:/# apt-get install dnsutils -y
root@web-1:/# nslookup web-0.nginx.default.svc.cluster.local 
Server: 10.96.0.10
Address: 10.96.0.10#53
Name: web-0.nginx.default.svc.cluster.local
#statefulset 创建的 pod 也是有 dns 记录的
Address: 10.244.103.139    #解析到的是 pod 的 ip 地址

root@web-1:/# nslookup nginx.default.svc.cluster.local
Server: 10.96.0.10
Address: 10.96.0.10#53
Name: nginx.default.svc.cluster.local #查询 service dns，会把对应的 pod ip 解析出来
Address: 10.244.103.139
Name: nginx.default.svc.cluster.local
Address: 10.244.121.93

[root@k8smaster state]# kubectl describe svc nginx
Name:                     nginx
Namespace:                default
Labels:                   app=nginx
Annotations:              <none>
Type:                     ClusterIP
IP:                       none
Port:                     web  80/TCP
TargetPort:               80/TCP
Endpoints:                10.244.103.139:80,10.244.121.93:80		#这两个pod都有app=ngin的标签，service把这两个都写入endpoints列表了
Session Affinity:         None
Events:                   <none>

root@web-1:/# dig -t A nginx.default.svc.cluster.local @10.96.0.10	
; <<>> DiG 9.11.5-P4-5.1+deb10u3-Debian <<>> -t A nginx.default.svc.cluster.local @10.96.0.10

;; global options: +cmd
;; Got answer:
;; WARNING: .local is reserved for Multicast DNS
;; You are currently testing what happens when an mDNS query is leaked to DNS
;; ->>HEADER<<- opcode: QUERY, status: NOERROR, id: 16869
;; flags: qr aa rd; QUERY: 1, ANSWER: 2, AUTHORITY: 0, ADDITIONAL: 1
;; WARNING: recursion requested but not available

;; OPT PSEUDOSECTION:
; EDNS: version: 0, flags:; udp: 4096
; COOKIE: 1cf973a5daa99ac7 (echoed)
;; QUESTION SECTION:
;nginx.default.svc.cluster.local. IN A

;; ANSWER SECTION:
nginx.default.svc.cluster.local. 30 IN A 10.244.103.139
nginx.default.svc.cluster.local. 30 IN A 10.244.121.93

;; Query time: 0 msec
;; SERVER: 10.96.0.10#53(10.96.0.10)
;; WHEN: Thu Jul 14 06:49:51 UTC 2022
;; MSG SIZE rcvd: 166

root@web-1:/# nslookup kubernetes.default.svc.cluster.local
Server:		10.96.0.10
Address:	10.96.0.10#53

Name:	kubernetes.default.svc.cluster.local
Address: 10.96.0.1

#解析kubernertes，有ip会把ip解析出来，没有会解析后端pod

dig 的使用
dig -t A nginx.default.svc.cluster.local @10.96.0.10

格式如下：
@来指定域名服务器
A 为解析类型 ，A 记录
-t 指定要解析的类型
A 记录：
A 记录是解析域名到 IP

资源清单详细解读：
apiVersion: v1 #定义 api 版本
kind: Service #定义要创建的资源：service
metadata: 
name: nginx #定义 service 的名字
labels:
app: nginx #service 的标签
spec:
ports:
- port: 80
name: web
clusterIP: None #创建一个没有 ip 的 service
selector:
app: nginx #选择拥有 app=nginx 标签的 pod
---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata: 
name: web
spec: 
selector:
matchLabels:
app: nginx
serviceName: "nginx" #headless service 的名字
replicas: 2 #副本数
template: #定义 pod 的模板
metadata: 
labels:
app: nginx
spec: 
containers:
- name: nginx
image: nginx
imagePullPolicy: IfNotPresent
ports:
- containerPort: 80
name: web
volumeMounts:
- name: www
mountPath: /usr/share/nginx/html
volumeClaimTemplates: #存储卷申请模板
- metadata:
name: www
spec:
accessModes: ["ReadWriteOnce"]
storageClassName: "nfs-web" #指定从哪个存储类申请 pv
resources:
requests: 
storage: 1Gi #需要 1G 的 pvc，会自动跟符合条件的 pv 绑定

扩展：
service 和 headless service 区别：
#deployment 创建的 pod 是随机生成的 解析的是 service 的 ip 地址

Statefulset gestiona pods: escalando, escalando, actualizando

#Statefulset 实现 pod 的动态扩容
如果我们觉得两个副本太少了，想要增加，只需要修改配置文件 statefulset.yaml 里的 replicas的值即可，原来 replicas: 2，现在变成 replicaset: 3，修改之后，执行如下命令更新：
[root@k8smaster state]# kubectl apply -f statefulset.yaml 
service/nginx unchanged
statefulset.apps/web configured
[root@k8smaster state]# kubectl get sts
web 	3/3 	30m
[root@k8smaster state]# kubectl get pods -l app=nginx
NAME	 READY 		STATUS		 RESTARTS 		AGE
web-0 	 1/1 		Running 	 0				61m
web-1 	 1/1 		Running 	 0 				60m
web-2 	 1/1 		Running 	 0 				79s
 #也可以直接编辑控制器实现扩容
[root@xianchaomaster1 ~]# kubectl edit sts web
#这个是我们把请求提交给了 apiserver，实时修改,把 spec 下的 replicas 后面的值改成 4，保存退出
[root@xianchaomaster1 ~]# kubectl get pods -l app=nginx
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
web-0 1/1 Running 0 62m
web-1 1/1 Running 0 62m
web-2 1/1 Running 0 3m13s
web-3 1/1 Running 0 26s
#Statefulset 实现 pod 的动态缩容
如果我们觉得 4 个 Pod 副本太多了，想要减少，只需要修改配置文件 statefulset.yaml 里的
replicas 的值即可，把 replicaset：4 变成 replicas: 2，修改之后，执行如下命令更新：
[root@k8smaster state]# kubectl apply -f statefulset.yaml
service/nginx unchanged
statefulset.apps/web configured
[root@k8smaster state]# kubectl get pods -l app=nginx
NAME	 READY 		STATUS		 RESTARTS 		AGE
web-0 	 1/1 		Running 	 0				64m
web-1 	 1/1 		Running 	 0 				63m

#Statefulset 实现 pod 的更新
[root@k8smaster state]# kubectl edit sts web
#修改镜像 nginx 变成 image: tomcat，修改之后保存退出 
[root@k8smaster state]# kubectl get pods -o wide -l app=nginx
NAME            READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP             		NODE       
web-0 			1/1 	Running   0 	 	 18s   10.244.201.106 		k8snode 
web-1 			1/1 	Running   0 	 	 36s   10.244.133.176 		k8snode2
#查看 pod 详细信息
[root@k8smaster state]# kubectl describe pods web-0
通过上面可以看到 pod 已经使用刚才更新的镜像 tomcat 了

escribir al final

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La serie que se está actualizando actualmente: aprende k8s desde cero.
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