StatefulSet 是 Kubernetes 专门设计用于管理 有状态应用 的控制器。它在处理 网络标识、持久存储、Pod 启动顺序 等方面有独特的优势，非常适合管理数据库、分布式存储等需要持久性和有序性的应用。

StatefulSet基本的工作流程如下

以下将从 工作原理、核心配置、更新策略、应用场景、注意事项 等多个方面进行详细分析。

1. StatefulSet 工作原理

StatefulSet 的设计目标是提供有状态应用的核心特性：

唯一性：确保每个 Pod 在集群中都有唯一标识。

持久性：即使 Pod 被删除或重建，存储数据依然保留。

有序性：控制 Pod 的创建、更新、删除顺序。

1.1 组件关系

StatefulSet 通常与以下组件协同工作：

1.2 有序操作

StatefulSet 在以下场景下保证 Pod 操作的有序性：

创建顺序：按序号（ordinal）依次创建 Pod（从 web-0 到 web-N）。

更新顺序：从高序号到低序号逐步更新 Pod。

删除顺序：从高序号 Pod 开始删除。

恢复顺序：当某个 Pod 失败时，先恢复低序号 Pod。

2. StatefulSet 配置详解

下面举例一个简单例子，这里用的是Nginx

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: web
spec:
  serviceName: "web"  # 引用 Headless Service
  replicas: 3         # 创建 3 个副本
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.25
        ports:
        - containerPort: 80
        volumeMounts:
        - name: data
          mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumeClaimTemplates:   # PVC需要提前配置好
  - metadata:
      name: data
    spec:
      accessModes: ["ReadWriteOnce"]
      resources:
        requests:
          storage: 1Gi

定义一个无头服务：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: web
spec:  
  clusterIP: None  
  selector:    
    app: nginx  
  ports:  
  - port: 80

关键字段解析

serviceName

该字段是为了关联一个 Headless Service。Headless Service 的 clusterIP 为 None，它为每个 Pod 提供唯一的 DNS 名称。例如，web-0 的 DNS 名称为：

web-0.web.default.svc.cluster.local

replicas

定义 StatefulSet 运行的 Pod 副本数量。

volumeClaimTemplates

定义 PVC 模板，用于动态生成持久存储卷。每个 Pod 都会获得独立的 PVC，例如 data-web-0, data-web-1, data-web-2。这些 PVC 可以关联到不同的 PersistentVolume（PV），确保每个 Pod 的数据独立。

podManagementPolicy

控制 Pod 的创建和删除方式：

OrderedReady（默认）：Pod 按序号顺序启动，只有前一个 Pod 处于 Ready 状态时，才启动下一个。

Parallel：Pod 可以并行启动或删除。配置为：

podManagementPolicy: Parallel

3. StatefulSet 操作流程

3.1 创建 StatefulSet

使用StatefulSet 配置文件创建：

kubectl apply -f statefulset.yaml

3.2 查看 StatefulSet 和 Pod 状态

查看时要注意名称空间

kubectl get statefulsets
kubectl get pods 

3.3 查看Statefulset详细信息

kubectl describe sts <statefulset-name>
kubectl describe sts web

3.4 直接修改statefulset

kubectl edit sts <statefulset-name>
kubectl edit sts web

谨慎操作：修改完立即生效

3.5 扩容与缩容

扩容：

kubectl scale statefulset web --replicas=5

新增 web-3 和 web-4 两个 Pod。

缩容：

kubectl scale statefulset web --replicas=2

删除web-4， web-3 和 web-2，且其对应的 PVC 会被保留。

3.4 删除 StatefulSet

保留 PVC：

kubectl delete statefulset web --cascade=orphan

不保留PVC：

kubectl delete pvc -l app=nginx

4. StatefulSet 更新机制

4.1 RollingUpdate 策略

RollingUpdate 是默认的更新策略，更新时按以下步骤进行：

从高序号 Pod 开始更新。只有当高序号 Pod 更新成功并进入 Ready 状态时，才会更新下一个 Pod。

updateStrategy:
  type: RollingUpdate

4.2 OnDelete 策略

OnDelete 策略不自动更新 Pod。只有在手动删除 Pod 时，新的 Pod 才会被重新创建，并使用新的模板。

updateStrategy:
  type: OnDelete

5. StatefulSet 使用场景

StatefulSet 适用于需要 持久化存储、稳定网络标识 和 有序操作 的应用。以下是几个典型场景：

5.1 数据库

如 MySQL、PostgreSQL、MongoDB：

需要每个数据库实例有唯一标识。数据存储需要持久化，即使 Pod 被重新调度或删除，数据也不能丢失。

5.2 分布式存储

如 Cassandra、Elasticsearch、HDFS：

每个存储节点有独立的存储卷。集群内节点需要通过稳定的 DNS 名称进行通信。

5.3 消息队列

如 Kafka、RabbitMQ：

每个 Broker 需要持久化存储日志或消息。Broker 节点需要稳定标识以加入集群。

5.4 缓存系统

如 Redis、Memcached：

配置主从模式，主节点和从节点需要有固定标识以确保同步关系。

6. StatefulSet 与其他控制器比较

7. StatefulSet 常见问题和注意事项

7.1 Pod 启动时间过长

StatefulSet 在创建 Pod 时，会等待前一个 Pod 进入 Ready 状态。因此，如果某个 Pod 启动时间较长，会阻塞后续 Pod 的创建。

解决方法：

检查容器的启动探针 (readinessProbe) 是否配置合理。如果无须严格的启动顺序，可以将 podManagementPolicy 设置为 Parallel。

7.2 删除 StatefulSet 时数据未保留

默认情况下，删除 StatefulSet 也会删除其 Pod 和相关资源。

如果希望保留 PVC，需使用 --cascade=orphan 参数。

7.3 滚动更新失败

如果某个 Pod 在更新过程中无法进入 Ready 状态，将阻塞后续 Pod 的更新。

解决方法：

调整更新策略为 OnDelete，手动控制更新。优化 Pod 的配置和探针设置。StatefulSet 是 Kubernetes 中管理有状态应用的核心工具。通过它，可以为有序性和持久性要求高的系统提供强大的支持。希望这份超详解能够帮助你深入理解并灵活使用 StatefulSet！

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