Kubernetes StatefulSet 完全指南

本文基于 Kubernetes 1.28

概述

在 Kubernetes 中，Deployment 适合部署无状态应用，但对于数据库、消息队列等有状态应用，StatefulSet 是更好的选择。

StatefulSet 为 Pod 提供：

稳定的网络身份（固定的 Pod 名称和 DNS）
稳定的存储（每个 Pod 有专属的 PVC）
有序的部署和扩缩容

一、StatefulSet vs Deployment

对比表

特性	Deployment	StatefulSet
Pod 名称	随机哈希	有序编号
存储	各 Pod 独立	每个 Pod 专属 PVC
启动顺序	同时启动	按序号顺序
删除顺序	同时删除	逆序删除
网络身份	不稳定	稳定（DNS 固定）
适用场景	Web/API（无状态）	数据库（有状态）

示例对比

Deployment：
  web-deployment-abcde123
  web-deployment-defgh456
  web-deployment-ijkl789
 
StatefulSet：
  mysql-0           ← 固定名字
  mysql-1           ← 固定名字
  mysql-2           ← 固定名字

二、核心概念

1. 稳定的网络身份

mysql-0.mysql-headless.default.svc.cluster.local → IP1
mysql-1.mysql-headless.default.svc.cluster.local → IP2
mysql-2.mysql-headless.default.svc.cluster.local → IP3
 
即使 Pod 重启：
  - 名字不变（还是叫 mysql-0）
  - DNS 会更新指向新 IP

2. 稳定的存储

mysql-0 → 专属 PVC：mysql-data-mysql-0（20Gi）
mysql-1 → 专属 PVC：mysql-data-mysql-1（20Gi）
mysql-2 → 专属 PVC：mysql-data-mysql-2（20Gi）
 
即使 Pod 重启：
  - 绑定的 PVC 不变
  - 数据不会丢失

3. 有序的部署和扩缩容

部署顺序：mysql-0 → mysql-1 → mysql-2
扩容顺序：先创建 mysql-3，再创建 mysql-4
缩容顺序：先删除 mysql-2，再删除 mysql-1...

三、YAML 详解

StatefulSet 完整示例

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: mysql
spec:
  # 1. 服务名（必须和无头 Service 对应）
  serviceName: mysql-headless
  
  # 2. 副本数
  replicas: 3
  
  # 3. 选择器
  selector:
    matchLabels:
      app: mysql
  
  # 4. Pod 模板
  template:
    metadata:
      labels:
        app: mysql
    spec:
      terminationGracePeriodSeconds: 10
      
      containers:
      - name: mysql
        image: mysql:8.0
        
        ports:
        - containerPort: 3306
          name: mysql
        
        env:
        - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
          value: "root123"
        
        volumeMounts:
        - name: mysql-data
          mountPath: /var/lib/mysql
        
        resources:
          requests:
            memory: "512Mi"
            cpu: "500m"
          limits:
            memory: "1Gi"
            cpu: "1000m"
        
        # 健康检查
        readinessProbe:
          exec:
            command: ["mysqladmin", "ping"]
          initialDelaySeconds: 30
          periodSeconds: 10
  
  # 5. 卷声明模板（自动创建 PVC）
  volumeClaimTemplates:
  - metadata:
      name: mysql-data
    spec:
      accessModes: [ReadWriteOnce]
      resources:
        requests:
          storage: 20Gi

无头 Service

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mysql-headless
spec:
  clusterIP: None              # 关键：设为 None
  selector:
    app: mysql
  ports:
  - port: 3306
    targetPort: 3306

四、Volume Claim Templates

什么是 Volume Claim Templates

自动为每个 Pod 创建专属 PVC。

volumeClaimTemplates:
- metadata:
    name: mysql-data
  spec:
    accessModes: [ReadWriteOnce]
    resources:
      requests:
        storage: 20Gi

自动创建的 PVC 名称

格式：{metadata.name}-{StatefulSet名}-{Pod序号}
 
示例：
  mysql-data-mysql-0    → mysql-0 用的 PVC
  mysql-data-mysql-1    → mysql-1 用的 PVC
  mysql-data-mysql-2    → mysql-2 用的 PVC

五、创建过程

1. 创建 StatefulSet

kubectl apply -f mysql-statefulset.yaml

2. 按顺序创建 Pod

mysql-0 创建中...
  → PVC: mysql-data-mysql-0 创建
  → PVC: Bound
  → Pod: mysql-0 创建
  → Pod: Running & Ready
 
mysql-1 创建中...
  → PVC: mysql-data-mysql-1 创建
  → ...
 
mysql-2 创建中...
  → ...

3. 查看状态

kubectl get statefulset
# NAME     READY   AGE
# mysql    3/3     5m
 
kubectl get pods
# NAME       READY   STATUS    RESTARTS   AGE
# mysql-0    1/1     Running   0          5m
# mysql-1    1/1     Running   0          3m
# mysql-2    1/1     Running   0          1m
 
kubectl get pvc
# NAME                    STATUS   VOLUME   CAPACITY
# mysql-data-mysql-0      Bound    pvc-xxx  20Gi
# mysql-data-mysql-1      Bound    pvc-yyy  20Gi
# mysql-data-mysql-2      Bound    pvc-zzz  20Gi

六、扩缩容

扩容

kubectl scale statefulset mysql --replicas=5

过程（从后往前创建）：
  mysql-3 创建 → PVC mysql-data-mysql-3 创建 → Bound → Pod Ready
  mysql-4 创建 → PVC mysql-data-mysql-4 创建 → Bound → Pod Ready

缩容

kubectl scale statefulset mysql --replicas=2

过程（逆序删除）：
  mysql-4 终止（等待优雅终止完成）
  mysql-4 删除
  mysql-3 终止...
  
注意：缩容不会删除 PVC！数据保留。

七、删除

删除 StatefulSet

kubectl delete statefulset mysql
 
# PVC 保留！数据不会丢失

删除 PVC

# 手动删除才会丢失数据
kubectl delete pvc mysql-data-mysql-0
kubectl delete pvc mysql-data-mysql-1
kubectl delete pvc mysql-data-mysql-2

八、适用场景

应用	为什么用 StatefulSet
MySQL/MariaDB	每个实例有独立数据
PostgreSQL	副本集成员数据独立
Redis	主从数据独立
MongoDB	副本集成员数据独立
Kafka	每个 Broker 有独立数据
Elasticsearch	每个节点有独立数据

九、注意事项

存储选择：使用支持 ReadWriteOnce 的存储（云盘）
数据备份：缩容/删除前确保数据已备份
节点亲和性：避免所有 Pod 调度到同一节点
健康检查：配置 livenessProbe 和 readinessProbe
优雅终止：设置 terminationGracePeriodSeconds

十、总结

Deployment → 无状态应用（Web/API）
StatefulSet → 有状态应用（数据库）
 
StatefulSet 核心特点：
  - 稳定的网络身份（Pod 名称固定）
  - 稳定的存储（每个 Pod 专属 PVC）
  - 有序的部署和扩缩容

Kubernetes StatefulSet 完全指南

Kubernetes StatefulSet 完全指南

概述

一、StatefulSet vs Deployment

对比表

示例对比

二、核心概念

1. 稳定的网络身份

2. 稳定的存储

3. 有序的部署和扩缩容

三、YAML 详解

StatefulSet 完整示例

无头 Service

四、Volume Claim Templates

什么是 Volume Claim Templates

自动创建的 PVC 名称

五、创建过程

1. 创建 StatefulSet

2. 按顺序创建 Pod

3. 查看状态

六、扩缩容

扩容

缩容

七、删除

删除 StatefulSet

删除 PVC

八、适用场景

九、注意事项

十、总结

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