有状态应用

什么是有状态应用

实例之间有不对等关系，以及实例对外部数据有依赖关系的应用，就被称为“有状态应用”（Stateful Application）

StatefulSet 把真实世界里的应用状态，抽象为了两种情况：

  1. 拓扑状态。这种情况意味着，应用的多个实例之间不是完全对等的关系。这些应用实例，必须按照某些顺序启动，比如应用的主节点 A 要先于从节点 B 启动。而如果你把 A 和 B 两个 Pod 删除掉，它们再次被创建出来时也必须严格按照这个顺序才行。并且，新创建出来的 Pod，必须和原来 Pod 的网络标识一样，这样原先的访问者才能使用同样的方法，访问到这个新 Pod。
  2. 存储状态。这种情况意味着，应用的多个实例分别绑定了不同的存储数据。对于这些应用实例来说，Pod A 第一次读取到的数据，和隔了十分钟之后再次读取到的数据，应该是同一份，哪怕在此期间 Pod A 被重新创建过。这种情况最典型的例子，就是一个数据库应用的多个存储实例。

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。

Q: StatefulSet 如何保证应用实例之间“拓扑状态”的稳定性 A: StatefulSet 这个控制器的主要作用之一，就是使用 Pod 模板创建 Pod 的时候，对它们进行编号，并且按照编号顺序逐一完成创建工作。而当 StatefulSet 的“控制循环”发现 Pod 的“实际状态”与“期望状态”不一致，需要新建或者删除 Pod 进行“调谐”的时候，它会严格按照这些 Pod 编号的顺序，逐一完成这些操作。

Q: StatefulSet如何实现对存储状态的管理 A: PVC、PV 的设计，也使得 StatefulSet 对存储状态的管理成为了可能。在定义了PVC的StatefulSet被创建后，Kubernetes会创建名为<PVC 名字 >-<StatefulSet 名字 >-< 编号 >的PVC，并将这些PVC绑定到Pod上。当Pod被删除重建后，依然会绑定到这个PVC上，这样，就恢复了原来的状态。

Q: StatefulSet恢复Pod的过程 A:

  1. 当一个 Pod （例如这个Pod叫做web-0, 它声明使用的 PVC 的名字，是叫作：www-web-0）被删除之后，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。
  2. StatefulSet 控制器发现，web-0 这个Pod 消失了。所以，控制器就会重新创建一个新的、名字还是叫作 web-0 的 Pod 来，“纠正”这个不一致的情况。
  3. Kubernetes 为重建的web-0 Pod查找名叫 www-web-0 的 PVC，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。
  4. 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。

Q: StatefulSet是如何解决拓扑状态与存储状态这两个问题的？ A:

  1. 首先，StatefulSet 的控制器直接管理的是 Pod。这是因为，StatefulSet 里的不同 Pod 实例，不再像 ReplicaSet 中那样都是完全一样的，而是有了细微区别的。比如，每个 Pod 的 hostname、名字等都是不同的、携带了编号的。而 StatefulSet 区分这些实例的方式，就是通过在 Pod 的名字里加上事先约定好的编号。
  2. 其次，Kubernetes 通过 Headless Service，为这些有编号的 Pod，在 DNS 服务器中生成带有同样编号的 DNS 记录。只要 StatefulSet 能够保证这些 Pod 名字里的编号不变，那么 Service 里类似于 web-0.nginx.default.svc.cluster.local 这样的 DNS 记录也就不会变，而这条记录解析出来的 Pod 的 IP 地址，则会随着后端 Pod 的删除和再创建而自动更新。这当然是 Service 机制本身的能力，不需要 StatefulSet 操心。
  3. 最后，StatefulSet 还为每一个 Pod 分配并创建一个同样编号的 PVC。这样，Kubernetes 就可以通过 Persistent Volume 机制为这个 PVC 绑定上对应的 PV，从而保证了每一个 Pod 都拥有一个独立的 Volume。在这种情况下，即使 Pod 被删除，它所对应的 PVC 和 PV 依然会保留下来。所以当这个 Pod 被重新创建出来之后，Kubernetes 会为它找到同样编号的 PVC，挂载这个 PVC 对应的 Volume，从而获取到以前保存在 Volume 里的数据。