摘要：有狀態集群服務，與普通有狀態服務相比，它多了集群管理的需求。為此開發了一套以為核心的全新特性，方便了有狀態集群服務在上的部署和管理。

2016年12月2日，時速云架構師張壽紅應邀參加ArchSummit2016全球架構師峰會，并在微服務與容器實踐專場做了《Kubernetes有狀態集群服務部署與管理》的干貨分享。

現場演講圖

由于篇幅關系，第一部分Kubernetes相關概念略過不提，本文將結合分享內容，對《Kubernetes有狀態服務部署與管理》之K8S存儲系統做重點闡述。對K8S有狀態服務特性：Init Container 和 Pet Set感興趣的伙伴，請關注《Kubernetes有狀態集群服務部署與管理（下）》

在K8S運行的服務，從簡單到復雜可以分成三類：無狀態服務、普通有狀態服務和有狀態集群服務。下面分別來看K8S是如何運行這三類服務的。

無狀態服務，K8S使用RC（或更新的Replica Set）來保證一個服務的實例數量，如果說某個Pod實例由于某種原因Crash了，RC會立刻用這個Pod的模版新啟一個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一模一樣。在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。

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。Kubernetes提供了以Volume和Persistent Volume為基礎的存儲系統，可以實現服務的狀態保存。

有狀態集群服務，與普通有狀態服務相比，它多了集群管理的需求。K8S為此開發了一套以Pet Set為核心的全新特性，方便了有狀態集群服務在K8S上的部署和管理。具體來說是通過Init Container來做集群的初始化工作，用 Headless Service 來維持集群成員的穩定關系，用動態存儲供給來方便集群擴容，最后用Pet Set來綜合管理整個集群。

要運行有狀態集群服務要解決的問題有兩個,一個是狀態保存，另一個是集群管理。 我們先來看如何解決第一個問題：狀態保存。Kubernetes 有一套以Volume插件為基礎的存儲系統，通過這套存儲系統可以實現應用和服務的狀態保存。

K8S的存儲系統從基礎到高級又大致分為三個層次：普通Volume，Persistent Volume 和動態存儲供應。

最簡單的普通Volume是單節點Volume。它和Docker的存儲卷類似，使用的是Pod所在K8S節點的本地目錄。

第二種類型是跨節點存儲卷，這種存儲卷不和某個具體的K8S節點綁定，而是獨立于K8S節點存在的，整個存儲集群和K8S集群是兩個集群，相互獨立。

跨節點的存儲卷在Kubernetes上用的比較多，如果已有的存儲不能滿足要求，還可以開發自己的Volume插件，只需要實現Volume.go 里定義的接口。如果你是一個存儲廠商，想要自己的存儲支持Kubernetes 上運行的容器，就可以去開發一個自己的Volume插件。

它和普通Volume的區別是什么呢？

普通Volume和使用它的Pod之間是一種靜態綁定關系，在定義Pod的文件里，同時定義了它使用的Volume。Volume 是Pod的附屬品，我們無法多帶帶創建一個Volume，因為它不是一個獨立的K8S資源對象。

而Persistent Volume 簡稱PV是一個K8S資源對象，所以我們可以多帶帶創建一個PV。它不和Pod直接發生關系，而是通過Persistent Volume Claim，簡稱PVC來實現動態綁定。Pod定義里指定的是PVC，然后PVC會根據Pod的要求去自動綁定合適的PV給Pod使用。

PV的訪問模式有三種：

第一種，ReadWriteOnce：是最基本的方式，可讀可寫，但只支持被單個Pod掛載。

第二種，ReadOnlyMany：可以以只讀的方式被多個Pod掛載。

第三種，ReadWriteMany：這種存儲可以以讀寫的方式被多個Pod共享。不是每一種存儲都支持這三種方式，像共享方式，目前支持的還比較少，比較常用的是NFS。在PVC綁定PV時通常根據兩個條件來綁定，一個是存儲的大小，另一個就是訪問模式。

剛才提到說PV與普通Volume的區別是動態綁定，我們來看一下這個過程是怎樣的。

這是PV的生命周期，首先是Provision，即創建PV，這里創建PV有兩種方式，靜態和動態。所謂靜態，是管理員手動創建一堆PV，組成一個PV池，供PVC來綁定。動態方式是通過一個叫 Storage Class的對象由存儲系統根據PVC的要求自動創建。

一個PV創建完后狀態會變成Available，等待被PVC綁定。

一旦被PVC邦定，PV的狀態會變成Bound，就可以被定義了相應PVC的Pod使用。

Pod使用完后會釋放PV，PV的狀態變成Released。

變成Released的PV會根據定義的回收策略做相應的回收工作。有三種回收策略，Retain、Delete 和 Recycle。Retain就是保留現場，K8S什么也不做，等待用戶手動去處理PV里的數據，處理完后，再手動刪除PV。Delete 策略，K8S會自動刪除該PV及里面的數據。Recycle方式，K8S會將PV里的數據刪除，然后把PV的狀態變成Available，又可以被新的PVC綁定使用。

在實際使用場景里，PV的創建和使用通常不是同一個人。這里有一個典型的應用場景：管理員創建一個PV池，開發人員創建Pod和PVC，PVC里定義了Pod所需存儲的大小和訪問模式，然后PVC會到PV池里自動匹配最合適的PV給Pod使用。

前面在介紹PV的生命周期時，提到PV的供給有兩種方式，靜態和動態。其中動態方式是通過StorageClass來完成的，這是一種新的存儲供應方式。

使用StorageClass有什么好處呢？除了由存儲系統動態創建，節省了管理員的時間，還有一個好處是可以封裝不同類型的存儲供PVC選用。在StorageClass出現以前，PVC綁定一個PV只能根據兩個條件，一個是存儲的大小，另一個是訪問模式。在StorageClass出現后，等于增加了一個綁定維度。

比如這里就有兩個StorageClass，它們都是用谷歌的存儲系統，但是一個使用的是普通磁盤，我們把這個StorageClass命名為slow。另一個使用的是SSD，我們把它命名為fast。

在PVC里除了常規的大小、訪問模式的要求外，還通過annotation指定了Storage Class的名字為fast，這樣這個PVC就會綁定一個SSD，而不會綁定一個普通的磁盤。

到這里Kubernetes的整個存儲系統就都介紹完了。總結一下，兩種存儲卷：普通Volume 和Persistent Volume。普通Volume在定義Pod的時候直接定義，Persistent Volume通過Persistent Volume Claim來動態綁定。PV可以手動創建,也可以通過StorageClass來動態創建。

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下篇文章將介紹Kubernetes與有狀態集群服務相關的兩個新特性：Init Container 和 Pet Set。敬請關注！