StatefulSet 旨在与有状态的应用及分布式系统一起使用。然而在 Kubernetes 上管理有状态应用和分布式系统是一个宽泛而复杂的话题。为了演示 StatefulSet 的基本特性，并且不使前后的主题混淆。本文使用 StatefulSet 控制器运行一个有状态的应用程序，主从结构的mysql8数据库。

作者：吕涛，中国移动云能力中心软件研发工程师，专注于云原生、微服务、算力网络等领域。

01 介绍

RC、Deployment、DaemonSet都是面向无状态的服务，它们所管理的Pod的IP、名字、启停顺序等都是随机分配的，而StatefulSet，管理所有有状态的服务。

StatefulSet为了解决有状态服务的问题，它所管理的Pod拥有固定的Pod名称，一定的启停顺序，在StatefulSet中，Pod名字称为网络标识(hostname)，还必须要用到共享存储。

在Deployment中，与之对应的服务是service，而在StatefulSet中与之对应的headless service。headless service，即无头服务，与service的区别就是它没有Cluster IP，解析它的名称时将返回该Headless Service对应的全部Pod的节点列表。

除此之外，StatefulSet在Headless Service的基础上又为StatefulSet控制的每个Pod副本创建了一个DNS域名，这个域名的格式为：

(podname).(headless server name).namespace.svc.cluster.local

02 部署mysql

MySQL 示例部署包含一个ConfigMap、两个存储挂载pv和pvc、两个 Service 与一个 StatefulSet。

创建一个ConfigMap

使用以下的 YAML 配置文件创建 ConfigMap ：

#master--my.cnfapiVersion: v1kind: ConfigMapmetadata:  name: mysql-master-cnf  namespace: bc-cnpdata:  my.cnf: |-    [client]    default-character-set=utf8    [mysql]    default-character-set=utf8    [mysqld]    init_connect='SET collation_connection = utf8_unicode_ci'    init_connect='SET NAMES utf8'    character-set-server=utf8    collation-server=utf8_unicode_ci    skip-character-set-client-handshake    skip-name-resolve    server_id=1    log-bin=mysql-bin    read-only=0    replicate-ignore-db=mysql    replicate-ignore-db=sys    replicate-ignore-db=information_schema    replicate-ignore-db=performance_schema

kubectl apply -f mysql-master-cnf.yaml

这个 ConfigMap 提供 my.cnf 覆盖设置，可以独立控制 MySQL 主服务器配置。ConfigMap 本身没有什么特别之处，因而也不会出现不同部分应用于不同的 Pod 的情况。每个 Pod 都会在初始化时基于 StatefulSet 控制器提供的信息决定要查看的部分。slave从服务器配置和主服务器配置基本相同，需要修改metadata.name= mysql-slave-cnf,server_id=2,read-only=0。

获取mysql-master-0和mysql-slave-0的ConfigMap ：

kubectl get cm -nbc-cnp

输出类似于：

创建pv和pvc，写入稳定存储

使用以下 YAML 配置文件创建服务：

---#master--pvapiVersion: v1kind: PersistentVolumemetadata:  name: mysql-pv-masterspec:  accessModes:    - ReadWriteOnce  capacity:    storage: 10Gi  local:    path: /home/k8s/master/data  nodeAffinity:    required:      nodeSelectorTerms:      - matchExpressions:        - key: kubernetes.io/hostname          operator: In          values:          - paas-cnp-k8s-kce-01  ---#master--pvcapiVersion: v1kind: PersistentVolumeClaimmetadata:  name: mysql-pvc-master  namespace: bc-cnpspec:  accessModes:    - ReadWriteOnce  resources:    requests:      storage: 10Gi  volumeName: mysql-pv-master

slave采用同样的方式创建pv及pvc，只名字修改为slave即可。

获取master和slave的PersistentVolumeClaims：

kubectl get pvc -nbc-cnp

输出类似于：

为StatefulSet 控制器创建了两个 PersistentVolumeClaims， 绑定到两个 PersistentVolumes。

Mysql 服务器默认会加载位于 /var/lib/mysql-files 的文件。StatefulSet spec 中的 volumeMounts 字段保证了/var/lib/mysql-files 文件夹由一个 PersistentVolume 卷支持。

创建 Service

使用以下 YAML 配置文件创建服务：

#master--headless serviceapiVersion: v1kind: Servicemetadata:  namespace: bc-cnp  labels:    app: mysql-master  annotations:    kubesphere.io/serviceType: statefulservice    kubesphere.io/alias-name: mysql主节点  name: mysql-masterspec:  sessionAffinity: ClientIP  selector:    app: mysql-master  ports:    - name: tcp-3306      protocol: TCP      port: 3306      targetPort: 3306    - name: tcp-33060      protocol: TCP      port: 33060      targetPort: 33060  clusterIP: None  sessionAffinityConfig:    clientIP:      timeoutSeconds: 10800
---#master--nodePort serviceapiVersion: v1kind: Servicemetadata:  name: mysql-master-front  labels:    app: mysql-master  namespace: bc-cnpspec:  selector:    app: mysql-master  type: NodePort  ports:    - name: ''      port: 3306      protocol: TCP      targetPort: 3306      nodePort: 30001    sessionAffinity: None

执行YAML：

kubectl apply -f mysql-master-services.yaml

slave同样执行类似yaml，名字需要修改为mysql-slave相关，暴露nodeport改为：30002。

输出类似于：

headless service 的 CNAME 指向 SRV 记录（记录每个 Running 和 Ready 状态的 Pod）。SRV 记录指向一个包含 Pod IP 地址的记录表项。

headless service给 StatefulSet 控制器 为集合中每个 Pod 创建的 DNS 条目提供了一个宿主。因为无头服务名为 mysql-master，所以可以通过在同一 Kubernetes 集群和命名空间中的任何其他 Pod 内解析 <Pod 名称>.mysql-master 来访问 Pod。

mysql-master-front是一种常规 Service，具有其自己的集群 IP。该集群 IP 在报告就绪的所有 MySQL Pod 之间分配连接。可能的端点集合包括 MySQL 主节点和从节点。

请注意，只有读查询才能使用负载平衡的客户端 Service。因为只有一个 MySQL 主服务器，所以客户端应直接连接到 MySQL 主服务器 Pod （通过其在headless service 中的 DNS 条目）以执行写入操作。

创建 StatefulSet

最后，使用以下 YAML 配置文件创建 StatefulSet：

#master--statefulsetapiVersion: apps/v1kind: StatefulSetmetadata:  namespace: bc-cnp  labels:    app: mysql-master  name: mysql-master  annotations:    kubesphere.io/alias-name: mysql masterspec:  replicas: 1  selector:    matchLabels:      app: mysql-master  template:    metadata:      labels:        app: mysql-master    spec:      containers:        - name: master-container         # type: worker          imagePullPolicy: IfNotPresent          resources:            requests:              cpu: '2'              memory: 8Gi            limits:              cpu: '4'              memory: 16Gi          image: nexus.cmss.com:8086/cnp/mysql:8.0.18          env:            - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD              valueFrom:                secretKeyRef:                  name: mysql-secret                  key: MYSQL_ROOT_PASSWORD          volumeMounts:            - name: master-cnf-volume              readOnly: false              mountPath: /etc/mysql            - name: master-data-volume              readOnly: false              mountPath: /var/lib/mysql-files      serviceAccount: default      affinity:        podAntiAffinity:          preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:            - weight: 100              podAffinityTerm:                labelSelector:                  matchLabels:                    app: mysql-master                topologyKey: kubernetes.io/hostname      volumes:        - name: master-cnf-volume          configMap:            name: mysql-master-cnf            items:              - key: my.cnf                path: my.cnf        - name: master-data-volume          persistentVolumeClaim:            claimName: mysql-pvc-master  serviceName: mysql-master

slave节点同样是替换yaml中名字跟slave相关，执行apply操作。

kubectl apply -f mysql-master-statefulset.yaml

通过运行以下命令查看启动进度：

kubectl get pods -nbc-cnp

可以看到所有 2 个 Pod 进入 Running 状态：

StatefulSet 中的每个 Pod 拥有一个唯一的顺序索引和稳定的网络身份标识。这个标志基于 StatefulSet 控制器分配给每个 Pod 的唯一顺序索引。Pod 名称的格式为 <statefulset 名称>-<序号索引>。

03 主从同步

进入mysql-master容器内部

# 1.进入mysql内部>  mysql -uroot -pdsjbi@Min1a#切换到 mysql DBmysql> USE mysql;   # 查看root用户是否具备远程访问权限mysql> select Host,User,authentication_string,password_expired,password_last_changed from user; # 2.授权 root可以远程访问（主从无关，如root没有访问权限，执行以下命令，方便我们远程连接MySQL）mysql> create user 'root'@'%' identified by 'dsjbi@Min1a';Query OK, 0 rows affected, 1 warning (0.00 sec)
mysql> grant all privileges on *.* to 'root'@'%';Query OK, 0 rows affected, 1 warning (0.00 sec)
mysql> flush privileges;Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)# 3.添加用来同步的用户mysql> GRANT REPLICATION SLAVE ON *.* to 'backup'@'%' identified by 'dsjbi@Min1a';Query OK, 0 rows affected, 1 warning (0.01 sec)# 4.查看master状态mysql> show master status\G;*************************** 1. row ***************************             File: mysql-bin.000003         Position: 2688     Binlog_Do_DB: Binlog_Ignore_DB:Executed_Gtid_Set:1 row in set (0.00 sec)

然后进入到mysql-slave内部

# 进入mysql内部mysql -uroot -pdsjbi@Min1a# 设置主库连接  主库 dns: mysql-master.default.svc.cluster.localchange master to master_host='mysql-master.bc-cnp.svc.cluster.local',master_user='backup',master_password='dsjbi@Min1a',master_log_file='mysql_bin.000003',master_log_pos=0,master_port=3306;# 启动从库同步start slave;# 查看从从库状态show slave status\G;

只有当以下两项都是yes，才意味着同步成功。

如果同步不成功，尝试执行以下命令，再次查看。

stop slave;reset slave;start slave;

04 结果验证

最终验证结果，在master mysql创建一个database及table，插入数据，在slave中依然能够查看相关数据，确认主从同步成功。

进入主的mysql-master容器内部，执行创建操作，如下：

进入从的mysql-slave容器内部，执行创建操作，如下：

至此，确认从库中已有主库中数据，同步成功。

05 总结

StatefulSet 中每个 Pod 都拥有一个基于其顺序索引的稳定的主机名，如果pod发生故障，StatefulSet 重启他们，Pod 的序号、主机名、SRV 条目和记录名称没有改变，但和 Pod 相关联的 IP 地址可能发生了改变。这就是为什么不要在其他应用中使用 StatefulSet 中 Pod 的 IP 地址进行连接，这点很重要。

StatefulSet 的活动成员是和 CNAME 相关联的 SRV 记录，其中只会包含 StatefulSet 中处于 Running 和 Ready 状态的 Pod。

如果我们的应用已经实现了用于测试是否已存活（liveness）并就绪（readiness）的连接逻辑，我们可以使用 Pod 的 SRV 记录（mysql-master.default.svc.cluster.local）。并且当里面的 Pod 的状态变为 Running 和 Ready 时，我们的应用就能够发现各个pod的地址。

虽然 mysql-master-0 和 mysql-slave-0 有时候会被重新调度，但它们仍然继续监听各自的主机名，因为和它们的 PersistentVolumeClaim 相关联的 PersistentVolume 卷被重新挂载到了各自的 volumeMount 上。不管mysql-master-0 和 mysql-slave-0 被调度到了哪个节点上，它们的 PersistentVolume 卷将会被挂载到合适的挂载点上。

至此，以上分享只是其中的一种主从方式容器化部署，还有其他的方案，后面也会陆续的分享，希望大家持续的关注。