干货速递 ▎Kubernetes有状态集群服务部署与管理（上）

摘要：有状态集群服务，与普通有状态服务相比，它多了集群管理的需求。为此开发了一套以为核心的全新特性，方便了有状态集群服务在上的部署和管理。

2016年12月2日，时速云架构师张寿红应邀参加ArchSummit2016全球架构师峰会，并在微服务与容器实践专场做了《Kubernetes有状态集群服务部署与管理》的干货分享。

现场演讲图

由于篇幅关系，第一部分Kubernetes相关概念略过不提，本文将结合分享内容，对《Kubernetes有状态服务部署与管理》之K8S存储系统做重点阐述。对K8S有状态服务特性：Init Container 和 Pet Set感兴趣的伙伴，请关注《Kubernetes有状态集群服务部署与管理（下）》

在K8S运行的服务，从简单到复杂可以分成三类：无状态服务、普通有状态服务和有状态集群服务。下面分别来看K8S是如何运行这三类服务的。

无状态服务，K8S使用RC（或更新的Replica Set）来保证一个服务的实例数量，如果说某个Pod实例由于某种原因Crash了，RC会立刻用这个Pod的模版新启一个Pod来替代它，由于是无状态的服务，新启的Pod与原来健康状态下的Pod一模一样。在Pod被重建后它的IP地址可能发生变化，为了对外提供一个稳定的访问接口，K8S引入了Service的概念。一个Service后面可以挂多个Pod，实现服务的高可用。

普通有状态服务，和无状态服务相比，它多了状态保存的需求。Kubernetes提供了以Volume和Persistent Volume为基础的存储系统，可以实现服务的状态保存。

有状态集群服务，与普通有状态服务相比，它多了集群管理的需求。K8S为此开发了一套以Pet Set为核心的全新特性，方便了有状态集群服务在K8S上的部署和管理。具体来说是通过Init Container来做集群的初始化工作，用 Headless Service 来维持集群成员的稳定关系，用动态存储供给来方便集群扩容，最后用Pet Set来综合管理整个集群。

要运行有状态集群服务要解决的问题有两个,一个是状态保存，另一个是集群管理。 我们先来看如何解决第一个问题：状态保存。Kubernetes 有一套以Volume插件为基础的存储系统，通过这套存储系统可以实现应用和服务的状态保存。

K8S的存储系统从基础到高级又大致分为三个层次：普通Volume，Persistent Volume 和动态存储供应。

最简单的普通Volume是单节点Volume。它和Docker的存储卷类似，使用的是Pod所在K8S节点的本地目录。

第二种类型是跨节点存储卷，这种存储卷不和某个具体的K8S节点绑定，而是独立于K8S节点存在的，整个存储集群和K8S集群是两个集群，相互独立。

跨节点的存储卷在Kubernetes上用的比较多，如果已有的存储不能满足要求，还可以开发自己的Volume插件，只需要实现Volume.go 里定义的接口。如果你是一个存储厂商，想要自己的存储支持Kubernetes 上运行的容器，就可以去开发一个自己的Volume插件。

它和普通Volume的区别是什么呢？

普通Volume和使用它的Pod之间是一种静态绑定关系，在定义Pod的文件里，同时定义了它使用的Volume。Volume 是Pod的附属品，我们无法多带带创建一个Volume，因为它不是一个独立的K8S资源对象。

而Persistent Volume 简称PV是一个K8S资源对象，所以我们可以多带带创建一个PV。它不和Pod直接发生关系，而是通过Persistent Volume Claim，简称PVC来实现动态绑定。Pod定义里指定的是PVC，然后PVC会根据Pod的要求去自动绑定合适的PV给Pod使用。

PV的访问模式有三种：

第一种，ReadWriteOnce：是最基本的方式，可读可写，但只支持被单个Pod挂载。

第二种，ReadOnlyMany：可以以只读的方式被多个Pod挂载。

第三种，ReadWriteMany：这种存储可以以读写的方式被多个Pod共享。不是每一种存储都支持这三种方式，像共享方式，目前支持的还比较少，比较常用的是NFS。在PVC绑定PV时通常根据两个条件来绑定，一个是存储的大小，另一个就是访问模式。

刚才提到说PV与普通Volume的区别是动态绑定，我们来看一下这个过程是怎样的。

这是PV的生命周期，首先是Provision，即创建PV，这里创建PV有两种方式，静态和动态。所谓静态，是管理员手动创建一堆PV，组成一个PV池，供PVC来绑定。动态方式是通过一个叫 Storage Class的对象由存储系统根据PVC的要求自动创建。

一个PV创建完后状态会变成Available，等待被PVC绑定。

一旦被PVC邦定，PV的状态会变成Bound，就可以被定义了相应PVC的Pod使用。

Pod使用完后会释放PV，PV的状态变成Released。

变成Released的PV会根据定义的回收策略做相应的回收工作。有三种回收策略，Retain、Delete 和 Recycle。Retain就是保留现场，K8S什么也不做，等待用户手动去处理PV里的数据，处理完后，再手动删除PV。Delete 策略，K8S会自动删除该PV及里面的数据。Recycle方式，K8S会将PV里的数据删除，然后把PV的状态变成Available，又可以被新的PVC绑定使用。

在实际使用场景里，PV的创建和使用通常不是同一个人。这里有一个典型的应用场景：管理员创建一个PV池，开发人员创建Pod和PVC，PVC里定义了Pod所需存储的大小和访问模式，然后PVC会到PV池里自动匹配最合适的PV给Pod使用。

前面在介绍PV的生命周期时，提到PV的供给有两种方式，静态和动态。其中动态方式是通过StorageClass来完成的，这是一种新的存储供应方式。

使用StorageClass有什么好处呢？除了由存储系统动态创建，节省了管理员的时间，还有一个好处是可以封装不同类型的存储供PVC选用。在StorageClass出现以前，PVC绑定一个PV只能根据两个条件，一个是存储的大小，另一个是访问模式。在StorageClass出现后，等于增加了一个绑定维度。

比如这里就有两个StorageClass，它们都是用谷歌的存储系统，但是一个使用的是普通磁盘，我们把这个StorageClass命名为slow。另一个使用的是SSD，我们把它命名为fast。

在PVC里除了常规的大小、访问模式的要求外，还通过annotation指定了Storage Class的名字为fast，这样这个PVC就会绑定一个SSD，而不会绑定一个普通的磁盘。

到这里Kubernetes的整个存储系统就都介绍完了。总结一下，两种存储卷：普通Volume 和Persistent Volume。普通Volume在定义Pod的时候直接定义，Persistent Volume通过Persistent Volume Claim来动态绑定。PV可以手动创建,也可以通过StorageClass来动态创建。

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下篇文章将介绍Kubernetes与有状态集群服务相关的两个新特性：Init Container 和 Pet Set。敬请关注！