技術進階：Kubernetes高級架構與應用狀態部署

在了解Kubernetes應用狀態部署前，我們先看看Kubernetes的高級架構，方便更好的理解Kubernetes的狀態。

Kubernetes 的高級架構

包括應用程序部署模型，服務發現和負載均衡，內部/外部路由分離、persistentvolume 的使用，部署節點守護程序，部署有狀態分布式系統，作業后臺運行，部署數據庫，配置管理，憑證管理，滾動更新，自動縮放和包管理。
A、Kubernetes的基本設計策略之一就是，無需更改應用程序代碼，就能部署在虛擬機上運行的現有應用程序。另外，任何運行在虛擬機上的應用程序都可以通過容器化組件在 Kubernetes 上實現部署。這是通過容器分組、容器編排、覆蓋網絡、基于第 4 層虛擬IP、服務發現、支持守護程序運行、部署有狀態應用程序組件、以及擴展容器編排系統這些核心功能實現的。
B、Kubernetes 可以提供一組可動態擴展的主機，可以應用容器運行 workload，并使用一組稱為 master 的管理主機來提供管理整個容器基礎架構的 API。這些 workload 包括長期運行服務，批處理作業和容器主機的守護程序。為了提供容器到容器的路由，所有容器主機都用覆蓋網絡連接在一起。部署在 Kubernetes 上的應用程序在集群網絡中是動態可見的，并可通過傳統負載均衡器向外部網絡暴露。集群管理器的狀態存儲在一個高度分布的 key/value 存儲（etcd）中，該存儲在 master上運行。

Kubernetes應用狀態部署
在K8s運行的服務，分為無狀態服務和有狀態服務，下面分別看看K8s是如何運行這兩類不同的服務的

01“無狀態”服務

無狀態服務，即 Web 服務器、代理和應用程序代碼這樣的應用程序，它們可以處理數據但不進行存儲。編排過程中，開發者比較喜歡使用它們，因為它們易于部署且易于擴展。如果流量上升，則只需添加更多的負載平衡。更重要的是，它們是“不變動的”；上游容器鏡像和基礎架構中正在運行的容器其實幾乎沒有區別。這意味著它們可以隨時被替代，而且容器實例切換過程中幾乎不需要耗費“切換成本”。
無狀態服務，K8s使用Replicaset來保證一個服務的實例數量，如果說某個Pod實例由于某個原因被crash了，RC會立即用一個Pod的模板新啟一個Pod來替代它，由于是無狀態的服務，新啟的Pod與原來健康狀態下的Pod是一模一樣。當Pod被重建后它的IP地址可能發生變化，為了對外提供一個穩定的訪問接口，K8s引入了Service的概念，一個Service后面可以掛多個Pod，實現服務的高可用。
在Kubernetes中，Deployment和Replicasets都是運用無狀態服務的有效手段。

02"有狀態"服務

有狀態的服務，即路由器、CDN（內容傳送網絡）、streaming 服務器和認證服務器。從部署開始，這些容器就開始與上游鏡像不同了，時間越長它們的差異越大。這種差異就被稱為“state（狀態）”。事實上，每個運行的應用程序都至少有一個小狀態（差異），但對于“無狀態”應用程序來說，狀態（差異）很小，而且可以進行快速替換。
普通有狀態服務，和無狀態服務相比，它多了狀態保存的需求，K8s提供了以Volmume和Peristent Volmume為基礎的存儲系統，可以實現服務的狀態保存。
而在容器化應用程序最困難的任務之一，就是設計有狀態分布式組件的部署體系結構。由于無狀態組件可能沒有預定義的啟動順序、集群要求、點對點 TCP 連接、唯一的網絡標識符、正常的啟動和終止要求等，因此可以很容易地進行容器化。諸如數據庫，大數據分析系統，分布式 key/value 存儲和 message brokers 可能有復雜的分布式體系結構，都可能用到上述功能。
Kubernetes 引入了 StatefulSets 資源來支持這種復雜的需求，用來管理POD部署和擴容，并為這些pod提供順序和唯一性的保證。

03 StatefulSet部署—有狀態應用

用于解決各個pod實例獨立生命周期管理，提供各個實例的啟動順序和唯一性。
使用StatefulSet的前提是：
1、Kubernetes集群的版本≥1.5；
2、安裝好DNS集群插件，版本≥15。

StatefulSet為什么適合有狀態的程序，看看它的特性：

A、穩定，唯一的網絡標識符。可以發現集群內部的其他成員。
B、穩定的持久化存儲。通過Kubernetes的PV/PVC或者外部存儲（預先提供）來實現。
C、啟動或關閉時有序。有序的，優雅的部署和擴展。有序，優雅的刪除和終止。有序的自動滾動更新。實現部署和擴容保證。

04運用StatefulSet會帶來什么好處呢？
部署和擴容的保證
對于帶有N個副本集的StatefulSet，當pod被部署，它們將按0到N-1的順序被創建。
當一Pod被刪除時，它們將按照N-1到0的順序被終止。
在進行Pod擴容前，所有依賴的Pod應該都已在運行和準備好。
在Pod被終止前，所有的依賴它的Pod都必須完全停止。

如果你的系統是微服務構成的生態系統，就會比較繁瑣的交付新服務，如果更近一步，服務是有狀態的，那么kubernetes的自動化和健壯性特性會對你有很大的幫助，StatefulSet的目的就是給眾多的有狀態負載提供正確的控制器支持。