Kubernetes 有状态应用编排

### Kubernetes 有状态应用编排

#### StatefulSet

**StatefulSet 的基本概念**
- **定义**：StatefulSet 是 Kubernetes 中用于管理有状态应用的工作负载 API 对象。它运行一组 Pod，并为每个 Pod 保留一个稳定的标识。这适用于需要持久化存储或稳定、唯一网络标识的应用。 
- **特点**：
  - **稳定的持久化存储**：StatefulSet 为每个 Pod 实例分配一个唯一的持久化存储卷，即使 Pod 重启或迁移，其数据也不会丢失。
  - **有序的部署、扩展和回滚**：StatefulSet 严格按照序号对 Pod 进行部署、扩展和回滚操作，确保服务的稳定性和一致性。
  - **稳定的网络标识**：每个 Pod 实例都有一个固定的主机名和网络标识，便于服务发现和通信。
  - **自主管理的标识符**：StatefulSet 可以为每个 Pod 分配一个自主管理的标识符，例如在有状态服务中使用的索引或者名称。这些标识符可以在 Pod 重新启动或者重新调度后保持不变。

**StatefulSet 的使用场景**
- **数据库服务**：如 MySQL、PostgreSQL 等关系型数据库，以及 MongoDB、Cassandra 等 NoSQL 数据库。这些数据库需要持久化存储和稳定的网络标识。
- **消息队列服务**：如 Kafka、RabbitMQ 等，它们需要持久化存储消息数据。
- **分布式存储服务**：如 Ceph、GlusterFS 等，它们需要稳定的存储和网络标识。
- **分布式系统**：如 ZooKeeper，需要有序部署和数据一致性。

**StatefulSet 的工作机制**
- **Headless Service**：StatefulSet 通常与一个 Headless Service 配合使用，该 Service 没有 Cluster IP，但提供 DNS 记录，使得每个 Pod 都有一个稳定的网络标识。
- **PersistentVolumeClaim**：StatefulSet 通过 `volumeClaimTemplates` 为每个 Pod 创建一个 PersistentVolumeClaim，确保每个 Pod 都有独立的持久化存储。
- **有序部署和扩展**：StatefulSet 保证 Pod 的部署和扩展是按照确定的顺序进行的，每个 Pod 都有一个唯一的标识符。

**实践案例：部署有状态的 Redis 集群**
1. **创建 Headless Service**：
   ```yaml
   apiVersion: v1
   kind: Service
   metadata:
     name: redis-headless
     labels:
       app: redis
   spec:
     ports:
     - port: 6379
       name: redis
     clusterIP: None
     selector:
       app: redis
   ```
2. **定义 StatefulSet**：
   ```yaml
   apiVersion: apps/v1
   kind: StatefulSet
   metadata:
     name: redis
   spec:
     serviceName: redis-headless
     replicas: 3
     selector:
       matchLabels:
         app: redis
     template:
       metadata:
         labels:
           app: redis
       spec:
         containers:
         - name: redis
           image: redis:latest
           ports:
           - containerPort: 6379
             name: redis
           volumeMounts:
           - name: redis-data
             mountPath: /data
     volumeClaimTemplates:
     - metadata:
         name: redis-data
       spec:
         accessModes: [ "ReadWriteOnce" ]
         resources:
           requests:
             storage: 1Gi
   ```
3. **部署 StatefulSet**：
   ```sh
   kubectl apply -f redis-headless.yaml
   kubectl apply -f redis-statefulset.yaml
   ```
4. **观察 StatefulSet 状态**：
   ```sh
   kubectl get sts redis
   kubectl get pods -l app=redis
   ```
5. **测试访问 StatefulSet 域名**：
   ```sh
   kubectl exec -it redis-0 -- redis-cli -h redis-0.redis-headless.default.svc.cluster.local
   ```
6. **验证存储**：
   ```sh
   kubectl exec -it redis-0 -- ls /data
   ```

通过以上步骤，你可以成功部署和管理有状态的 Redis 集群。StatefulSet 为有状态应用提供了稳定的网络标识和持久化存储，确保应用的高可用性和数据一致性。