StatefulSet 部署有状态应用

摘要：Deployment 的 Pod 是无差别副本，数据库不行。本文用 StatefulSet 部署一个 MySQL 实例，讲清稳定名称、稳定 DNS、独立 PVC 模板与有序扩缩容，以及它做不到的事。

适用环境

• 可用 K8s 集群，已配置可用 StorageClass
• kubectl 可用
• 内存 ≥ 4G

操作步骤

一、StatefulSet 相比 Deployment 多了什么

能力	Deployment	StatefulSet
Pod 名称	随机后缀	web-0、web-1 固定有序
重建后名称/存储	全变	保持，PVC 自动挂回原 Pod
存储	所有副本共享卷声明	每个副本独立 PVC 模板
部署顺序	并行	按序 0→1→2
DNS	只有 Service 名	每个 Pod 有独立 DNS 记录

二、先建 headless Service

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mysql
  labels:
    app: mysql
spec:
  clusterIP: None            # headless，不分配集群 IP
  selector:
    app: mysql
  ports:
    - port: 3306
      name: mysql

这是 StatefulSet 的必备件，每个 Pod 通过 mysql-0.mysql.default.svc.cluster.local 这样的名字被单独解析。

三、创建 StatefulSet

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: mysql
spec:
  serviceName: mysql         # 必须与 headless Service 同名
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: mysql
  template:
    metadata:
      labels:
        app: mysql
    spec:
      containers:
        - name: mysql
          image: mysql:8
          ports:
            - containerPort: 3306
          env:
            - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
              valueFrom:
                secretKeyRef:
                  name: mysql-secret
                  key: password
          volumeMounts:
            - name: data
              mountPath: /var/lib/mysql
  volumeClaimTemplates:       # 每个副本自动生成一个 PVC
    - metadata:
        name: data
      spec:
        storageClassName: nfs-client
        accessModes: ["ReadWriteOnce"]
        resources:
          requests:
            storage: 10Gi

kubectl create secret generic mysql-secret --from-literal=password='ExamplePass123'
kubectl apply -f statefulset.yaml
kubectl get pod -l app=mysql -w       # 观察 mysql-0 起来后才是 mysql-1
kubectl get pvc -l app=mysql          # 自动生成 data-mysql-0、data-mysql-1

四、验证稳定标识

kubectl delete pod mysql-0
kubectl get pod -l app=mysql -w       # 重建后仍然叫 mysql-0
kubectl exec -it mysql-0 -- mysql -uroot -pExamplePass123 -e "SHOW DATABASES;"

被删的 Pod 会用同一个名字重建，并挂回原来那块 PVC，数据完好无损。

五、DNS 解析验证

kubectl run dns-test --rm -it --image=busybox --restart=Never -- nslookup mysql-0.mysql
kubectl run dns-test --rm -it --image=busybox --restart=Never -- nslookup mysql

headless Service 的 DNS 会返回所有 Pod IP，可做客户端负载均衡。

六、扩缩容行为

kubectl scale sts mysql --replicas=3    # 按序创建 mysql-2
kubectl scale sts mysql --replicas=1    # 从最大序号开始删：mysql-2 → mysql-1

注意

缩容不会自动删除对应 PVC（这是设计上的保护）。残留的 PVC 会持续占费和占空间，需人工确认后 kubectl delete pvc data-mysql-2。

七、更新策略

spec:
  updateStrategy:
    type: OnDelete      # 默认 RollingUpdate；OnDelete 表示手动删 Pod 才更新
    rollingUpdate:
      partition: 1      # 只有序号 >= 1 的 Pod 会被更新，用于灰度

八、它做不到的事

StatefulSet 只提供稳定的身份和存储，不负责主从选举、故障切换、备份。真正的生产数据库应交给 Operator（见 Operator 相关章节）或云托管服务。

验证

• [ ] Pod 名称为 mysql-0、mysql-1 且有序启动
• [ ] 删除 Pod 后名称不变、数据仍在
• [ ] nslookup mysql-0.mysql 能解析到具体 IP
• [ ] kubectl get pvc 看到 data-mysql-0、data-mysql-1

常见坑

• PVC 全部 Pending：volumeClaimTemplates 里的 storageClassName 不存在，或访问模式不被支持。
• Pod 卡在 Pending 不启动：StatefulSet 严格有序，前一个未 Ready 时后一个永远不会创建，先解决 mysql-0 的问题。
• 访问不到单个 Pod：忘了建 headless Service 或 serviceName 写错。
• 缩容后磁盘没释放：PVC 需手动删除，见上文。
• 拿它跑主从 MySQL：StatefulSet 不会配置主从复制，需要 initContainer + 脚本或直接用 Operator。

参考资料

• StatefulSet 官方文档
• StatefulSet 基础教程
• headless Service 说明
• 有状态应用部署注意事项