Kubernetes中有状态应用的存储管理与StatefulSet部署

### Kubernetes 中状态应用的存储与部署实践 在 Kubernetes 环境中，管理有状态应用的存储和部署是一项关键任务。本文将深入探讨存储类、单 Pod 有状态工作负载部署以及 StatefulSet 的相关内容，通过具体示例帮助你更好地理解和实践。 #### 1. 存储类（Storage Classes） 在 Kubernetes 中，存储类是描述动态存储类型以及如何配置请求卷的一种方式。默认情况下，平台提供商会有默认的动态配置行为，但有时我们需要对存储类型和数据保留策略进行调整。 ##### 1.1 查看现有存储类 可以使用以下命令查看现有的存储类： ```bash $ kubectl get storageclass NAME PROVISIONER RECLAIMPOLICY premium-rwo pd.csi.storage.gke.io Delete standard kubernetes.io/gce-pd Delete standard-rwo (default) pd.csi.storage.gke.io Delete ``` 从输出中可以看到，默认的回收策略（RECLAIM POLICY）为 Delete，这意味着当 PersistentVolumeClaim（PVC）被删除时，绑定的 PersistentVolume（PV）和底层磁盘资源也会被删除。对于存储关键数据的工作负载，这种默认行为并不理想。 ##### 1.2 回收策略 Kubernetes 提供了两种回收策略： - **Delete**：删除 PVC 时，绑定的 PV 和底层磁盘资源也会被删除。适用于缓存服务等存储非关键数据的工作负载。 - **Retain**：删除 PVC 时，底层磁盘资源不会被删除，允许将磁盘保留并绑定到新的 PV 和 PVC，甚至可以在不同集群中使用。但需要手动删除不需要的磁盘，不太适合测试、开发或存储临时数据的工作负载。 ##### 1.3 创建自定义存储类 为了使用 Retain 回收策略，我们可以创建自定义存储类。以下是具体步骤： 1. 导出默认存储类作为模板： ```bash kubectl get -o yaml storageclass standard-rwo > storageclass.yaml ``` 2. 编辑 `storageclass.yaml` 文件，设置新的名称、Retain 回收策略，并去除不必要的元数据字段： ```yaml apiVersion: storage.k8s.io/v1 kind: StorageClass metadata: annotations: storageclass.kubernetes.io/is-default-class: "true" name: example-default-rwo parameters: type: pd-balanced provisioner: pd.csi.storage.gke.io reclaimPolicy: Retain volumeBindingMode: WaitForFirstConsumer allowVolumeExpansion: true ``` 3. 创建新的存储类： ```bash kubectl create -f storageclass.yaml ``` 如果将其设置为默认存储类，后续创建的所有新 PersistentVolume 都将使用该存储类。 #### 2. 单 Pod 有状态工作负载部署 利用 PersistentVolumeClaims，我们可以通过将 Pod 封装在 Deployment 中来部署单副本有状态工作负载。即使 Pod 被终止，Deployment 也会重新创建它。 以下是一个部署 MariaDB 数据库的示例： ```yaml apiVersion: apps/v1 kind: Deployment metadata: name: mariadb-demo spec: replicas: 1 selector: matchLabels: app: mariadb strategy: type: Recreate template: metadata: labels: app: mariadb spec: containers: - name: mariadb-container image: mariadb:latest volumeMounts: - mountPath: /var/lib/mysql name: mariadb-volume resources: requests: cpu: 1 memory: 4Gi env: - name: MARIADB_ROOT_PASSWORD value: "your database password" volumes: - name: mariadb-volume persistentVolumeClaim: claimName: mariadb-pvc --- apiVersion: v1 kind: PersistentVolumeClaim metadata: name: mariadb-pvc spec: accessModes: - ReadWriteOnce resources: requests: storage: 2Gi ``` 通过上述配置，我们部署了一个单 Pod 的 MariaDB 数据库，并且由于之前创建的存储类使用了 Retain 策略，即使整个 Kubernetes 集群被删除，附加的磁盘也不会被删除。 为了连接到该数据库，可以创建一个 Service，并通过本地客户端或容器化的 phpMyAdmin 进行连接。 #### 3. StatefulSet 虽然 Deployment 可以用于部署单副本有状态工作负载，但对于需要多个 Pod 且每个 Pod 都有自己磁盘的复杂有状态工作负载，Deployment 存在局限性。Kubernetes 提供了 StatefulSet 来解决这个问题。 ##### 3.1 StatefulSet 的优势 - **Volume 模板**：可以定义 Volume 模板，Kubernetes 会为每个 Pod 创建新的 PVC，解决了 Deployment 中所有 Pod 共享相同 PVC 的问题。 - **稳定标识符**：为每个 Pod 分配稳定的标识符，与特定的 PVC 关联，并在创建、扩展和更新时提供顺序保证。 - **稳定网络身份**：每个 Pod 都有自己的稳定网络身份，可以通过序号进行寻址。 ##### 3.2 部署 StatefulSet 以下是两个常见有状态工作负载（MariaDB 和 Redis）作为 StatefulSet 部署的示例。 **MariaDB StatefulSet** ```yaml apiVersion: apps/v1 kind: StatefulSet metadata: name: mariadb spec: ```