技术进阶：Kubernetes高级架构与应用状态部署

在了解Kubernetes应用状态部署前，我们先看看Kubernetes的高级架构，方便更好的理解Kubernetes的状态。

Kubernetes 的高级架构

包括应用程序部署模型，服务发现和负载均衡，内部/外部路由分离、persistentvolume 的使用，部署节点守护程序，部署有状态分布式系统，作业后台运行，部署数据库，配置管理，凭证管理，滚动更新，自动缩放和包管理。

 A、Kubernetes的基本设计策略之一就是，无需更改应用程序代码，就能部署在虚拟机上运行的现有应用程序。另外，任何运行在虚拟机上的应用程序都可以通过容器化组件在 Kubernetes 上实现部署。这是通过容器分组、容器编排、覆盖网络、基于第 4 层虚拟IP、服务发现、支持守护程序运行、部署有状态应用程序组件、以及扩展容器编排系统这些核心功能实现的。

B、Kubernetes 可以提供一组可动态扩展的主机，可以应用容器运行 workload，并使用一组称为 master 的管理主机来提供管理整个容器基础架构的 API。这些 workload 包括长期运行服务，批处理作业和容器主机的守护程序。为了提供容器到容器的路由，所有容器主机都用覆盖网络连接在一起。部署在 Kubernetes 上的应用程序在集群网络中是动态可见的，并可通过传统负载均衡器向外部网络暴露。集群管理器的状态存储在一个高度分布的 key/value 存储（etcd）中，该存储在 master上运行。

Kubernetes应用状态部署

在K8s运行的服务，分为无状态服务和有状态服务，下面分别看看K8s是如何运行这两类不同的服务的

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“无状态”服务

无状态服务，即 Web 服务器、代理和应用程序代码这样的应用程序，它们可以处理数据但不进行存储。编排过程中，开发者比较喜欢使用它们，因为它们易于部署且易于扩展。如果流量上升，则只需添加更多的负载平衡。更重要的是，它们是“不变动的”；上游容器镜像和基础架构中正在运行的容器其实几乎没有区别。这意味着它们可以随时被替代，而且容器实例切换过程中几乎不需要耗费“切换成本”。

无状态服务，K8s使用Replicaset来保证一个服务的实例数量，如果说某个Pod实例由于某个原因被crash了，RC会立即用一个Pod的模板新启一个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是一模一样。当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。

在Kubernetes中，Deployment和Replicasets都是运用无状态服务的有效手段。

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“有状态”服务

有状态的服务，即路由器、CDN（内容传送网络）、streaming 服务器和认证服务器。从部署开始，这些容器就开始与上游镜像不同了，时间越长它们的差异越大。这种差异就被称为“state（状态）”。事实上，每个运行的应用程序都至少有一个小状态（差异），但对于“无状态”应用程序来说，状态（差异）很小，而且可以进行快速替换。

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，K8s提供了以Volmume和Peristent Volmume为基础的存储系统，可以实现服务的状态保存。

而在容器化应用程序最困难的任务之一，就是设计有状态分布式组件的部署体系结构。由于无状态组件可能没有预定义的启动顺序、集群要求、点对点 TCP 连接、唯一的网络标识符、正常的启动和终止要求等，因此可以很容易地进行容器化。诸如数据库，大数据分析系统，分布式 key/value 存储和 message brokers 可能有复杂的分布式体系结构，都可能用到上述功能。

Kubernetes 引入了 StatefulSets 资源来支持这种复杂的需求，用来管理POD部署和扩容，并为这些pod提供顺序和唯一性的保证。

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StatefulSet部署—有状态应用

用于解决各个pod实例独立生命周期管理，提供各个实例的启动顺序和唯一性。

使用StatefulSet的前提是：

1、Kubernetes集群的版本≥1.5；

2、安装好DNS集群插件，版本≥15。

StatefulSet为什么适合有状态的程序，看看它的特性：

A、稳定，唯一的网络标识符。可以发现集群内部的其他成员。

B、稳定的持久化存储。通过Kubernetes的PV/PVC或者外部存储（预先提供）来实现。

C、启动或关闭时有序。有序的，优雅的部署和扩展。有序，优雅的删除和终止。有序的自动滚动更新。实现部署和扩容保证。 

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运用StatefulSet会带来什么好处呢？

部署和扩容的保证

对于带有N个副本集的StatefulSet，当pod被部署，它们将按0到N-1的顺序被创建。

当一Pod被删除时，它们将按照N-1到0的顺序被终止。

在进行Pod扩容前，所有依赖的Pod应该都已在运行和准备好。

在Pod被终止前，所有的依赖它的Pod都必须完全停止。

如果你的系统是微服务构成的生态系统，就会比较繁琐的交付新服务，如果更近一步，服务是有状态的，那么kubernetes的自动化和健壮性特性会对你有很大的帮助，StatefulSet的目的就是给众多的有状态负载提供正确的控制器支持。