技術進階：Kubernetes高級架構與應用狀態部署

在瞭解Kubernetes應用狀態部署前，咱們先看看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，部署有狀態分佈式系統，做業後臺運行，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均可以經過容器化組件在 Kubernetes 上實現部署。這是經過容器分組、容器編排、覆蓋網絡、基於第 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 能夠提供一組可動態擴展的主機，能夠應用容器運行 workload，並使用一組稱爲 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，批處理做業和容器主機的守護程序。爲了提供容器到容器的路由，全部容器主機都用覆蓋網絡鏈接在一塊兒。部署在 Kubernetes 上的應用程序在集羣網絡中是動態可見的，並可經過傳統負載均衡器向外部網絡暴露。集羣管理器的狀態存儲在一個高度分佈的 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，分爲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一樣的服務的

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「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，它們能夠處理數據但不進行存儲。編排過程當中，開發者比較喜歡使用它們，由於它們易於部署且易於擴展。若是流量上升，則只需添加更多的負載平衡。更重要的是，它們是「不變更的」；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。這意味着它們能夠隨時被替代，並且容器實例切換過程當中幾乎不須要耗費「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，若是說某個Pod實例因爲某個緣由被crash了，RC會當即用一個Pod的模板新啓一個Pod來替代它，因爲是無狀態的服務，新啓的Pod與原來健康狀態下的Pod是如出一轍。當Pod被重建後它的IP地址可能發生變化，爲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後面能夠掛多個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。

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「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一樣了，時間越長它們的差別越大。這種差別就被稱爲「state（狀態）」。事實上，每一個運行的應用程序都至少有一個小狀態（差別），但對於「無狀態」應用程序來講，狀態（差別）很小，並且能夠進行快速替換。

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爲基礎的存儲系統，能夠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，就是設計有狀態分佈式組件的部署體系結構。因爲無狀態組件可能沒有預約義的啓動順序、集羣要求、點對點 TCP 鏈接、惟一的網絡標識符、正常的啓動和終止要求等，所以能夠很容易地進行容器化。諸如數據庫，大數據分析系統，分佈式 key/value 存儲和 message brokers 可能有複雜的分佈式體系結構，均可能用到上述功能。

Kubernetes 引入了 StatefulSets 資源來支持這種複雜的需求，用來管理POD部署和擴容，併爲這些pod提供順序和惟一性的保證。

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StatefulSet部署—有狀態應用

用於解決各個pod實例獨立生命週期管理，提供各個實例的啓動順序和惟一性。

使用StatefulSet的前提是：

一、Kubernetes集羣的版本≥1.5；

二、安裝好DNS集羣插件，版本≥15。

StatefulSet爲何適合有狀態的程序，看看它的特性：

A、穩定，惟一的網絡標識符。能夠發現集羣內部的其餘成員。

B、穩定的持久化存儲。經過Kubernetes的PV/PVC或者外部存儲（預先提供）來實現。

C、啓動或關閉時有序。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。 

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運用StatefulSet會帶來什麼好處呢？

部署和擴容的保證

對於帶有N個副本集的StatefulSet，當pod被部署，它們將按0到N-1的順序被建立。

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，全部依賴的Pod應該都已在運行和準備好。

在Pod被終止前，全部的依賴它的Pod都必須徹底中止。

若是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，若是更近一步，服務是有狀態的，那麼kubernetes的自動化和健壯性特性會對你有很大的幫助，StatefulSet的目的就是給衆多的有狀態負載提供正確的控制器支持。