--- layout: blog title: 'Kubernetes 1.24: StatefulSet 的最大不可用副本数' date: 2022-05-27 slug: maxunavailable-for-statefulset --- **作者:** Mayank Kumar (Salesforce) **译者:** Xiaoyang Zhang(Huawei) Kubernetes [StatefulSet](/zh-cn/docs/concepts/workloads/controllers/statefulset/), 自 1.5 版本中引入并在 1.9 版本中变得稳定以来,已被广泛用于运行有状态应用。它提供固定的 Pod 身份标识、 每个 Pod 的持久存储以及 Pod 的有序部署、扩缩容和滚动更新功能。你可以将 StatefulSet 视为运行复杂有状态应用程序的原子构建块。随着 Kubernetes 的使用增多,需要 StatefulSet 的场景也越来越多。 当 StatefulSet 的 Pod 管理策略为 `OrderedReady` 时,其中许多场景需要比当前所支持的一次一个 Pod 的更新更快的滚动更新。 这里有些例子: - 我使用 StatefulSet 来编排一个基于缓存的多实例应用程序,其中缓存的规格很大。 缓存冷启动,需要相当长的时间才能启动容器。所需要的初始启动任务有很多。在应用程序完全更新之前, 此 StatefulSet 上的 RollingUpdate 将花费大量时间。如果 StatefulSet 支持一次更新多个 Pod, 那么更新速度会快得多。 - 我的有状态应用程序由 leader 和 follower 或者一个 writer 和多个 reader 组成。 我有多个 reader 或 follower,并且我的应用程序可以容忍多个 Pod 同时出现故障。 我想一次更新这个应用程序的多个 Pod,特别是当我的应用程序实例数量很多时,这样我就能快速推出新的更新。 注意,我的应用程序仍然需要每个 Pod 具有唯一标识。 为了支持这样的场景,Kubernetes 1.24 提供了一个新的 alpha 特性。在使用新特性之前,必须启用 `MaxUnavailableStatefulSet` 特性标志。一旦启用,就可以指定一个名为 `maxUnavailable` 的新字段, 这是 StatefulSet `spec` 的一部分。例如: ``` apiVersion: apps/v1 kind: StatefulSet metadata: name: web namespace: default spec: podManagementPolicy: OrderedReady # 你必须设为 OrderedReady replicas: 5 selector: matchLabels: app: nginx template: metadata: labels: app: nginx spec: containers: # 镜像自发布以来已更改(以前使用的仓库为 "k8s.gcr.io") - image: registry.k8s.io/nginx-slim:0.8 imagePullPolicy: IfNotPresent name: nginx updateStrategy: rollingUpdate: maxUnavailable: 2 # 这是 alpha 特性的字段,默认值是 1 partition: 0 type: RollingUpdate ``` 如果你启用了新特性,但没有在 StatefulSet 中指定 `maxUnavailable` 的值,Kubernetes 会默认设置 `maxUnavailable: 1`。这与你不启用新特性时看到的行为是一致的。 我将基于该示例清单做场景演练,以演示此特性是如何工作的。我将部署一个有 5 个副本的 StatefulSet, `maxUnavailable` 设置为 2 并将 `partition` 设置为 0。 我可以通过将镜像更改为 `registry.k8s.io/nginx-slim:0.9` 来触发滚动更新。一旦开始滚动更新, 就可以看到一次更新 2 个 Pod,因为 `maxUnavailable` 的当前值是 2。 下面的输出显示了一个时间段内的结果,但并不是完整过程。`maxUnavailable` 可以是绝对数值(例如 2)或所需 Pod 的百分比(例如 10%),绝对数是通过百分比计算结果进行四舍五入到最接近的整数得出的。 ``` kubectl get pods --watch ``` ``` NAME READY STATUS RESTARTS AGE web-0 1/1 Running 0 85s web-1 1/1 Running 0 2m6s web-2 1/1 Running 0 106s web-3 1/1 Running 0 2m47s web-4 1/1 Running 0 2m27s web-4 1/1 Terminating 0 5m43s ----> start terminating 4 web-3 1/1 Terminating 0 6m3s ----> start terminating 3 web-3 0/1 Terminating 0 6m7s web-3 0/1 Pending 0 0s web-3 0/1 Pending 0 0s web-4 0/1 Terminating 0 5m48s web-4 0/1 Terminating 0 5m48s web-3 0/1 ContainerCreating 0 2s web-3 1/1 Running 0 2s web-4 0/1 Pending 0 0s web-4 0/1 Pending 0 0s web-4 0/1 ContainerCreating 0 0s web-4 1/1 Running 0 1s web-2 1/1 Terminating 0 5m46s ----> start terminating 2 (only after both 4 and 3 are running) web-1 1/1 Terminating 0 6m6s ----> start terminating 1 web-2 0/1 Terminating 0 5m47s web-1 0/1 Terminating 0 6m7s web-1 0/1 Pending 0 0s web-1 0/1 Pending 0 0s web-1 0/1 ContainerCreating 0 1s web-1 1/1 Running 0 2s web-2 0/1 Pending 0 0s web-2 0/1 Pending 0 0s web-2 0/1 ContainerCreating 0 0s web-2 1/1 Running 0 1s web-0 1/1 Terminating 0 6m6s ----> start terminating 0 (only after 2 and 1 are running) web-0 0/1 Terminating 0 6m7s web-0 0/1 Pending 0 0s web-0 0/1 Pending 0 0s web-0 0/1 ContainerCreating 0 0s web-0 1/1 Running 0 1s ``` 注意,滚动更新一开始,4 和 3(两个最高序号的 Pod)同时开始进入 `Terminating` 状态。 Pod 4 和 3 会按照自身节奏进行更新。一旦 Pod 4 和 3 更新完毕后,Pod 2 和 1 会同时进入 `Terminating` 状态。当 Pod 2 和 1 都准备完毕处于 `Running` 状态时,Pod 0 开始进入 `Terminating` 状态 在 Kubernetes 中,StatefulSet 更新 Pod 时遵循严格的顺序。在此示例中,更新从副本 4 开始, 然后是副本 3,然后是副本 2,以此类推,一次更新一个 Pod。当一次只更新一个 Pod 时, 副本 3 不可能在副本 4 之前准备好进入 `Running` 状态。当 `maxUnavailable` 值 大于 1 时(在示例场景中我设置 `maxUnavailable` 值为 2),副本 3 可能在副本 4 之前准备好并运行, 这是没问题的。如果你是开发人员并且设置 `maxUnavailable` 值大于 1,你应该知道可能出现这种情况, 并且如果有这种情况的话,你必须确保你的应用程序能够处理发生的此类顺序问题。当你设置 `maxUnavailable` 值大于 1 时,更新 Pod 的批次之间会保证顺序。该保证意味着在批次 0(副本 4 和 3)中的 Pod 准备好之前,更新批次 2(副本 2 和 1)中的 Pod 无法开始更新。 尽管 Kubernetes 将这些称为**副本**,但你的有状态应用程序可能不这样理解,StatefulSet 的每个 Pod 可能持有与其他 Pod 完全不同的数据。重要的是,StatefulSet 的更新是分批进行的, 你现在让批次大小大于 1(作为 alpha 特性)。 还要注意,上面的行为采用的 Pod 管理策略是 `podManagementPolicy: OrderedReady`。 如果你的 StatefulSet 的 Pod 管理策略是 `podManagementPolicy: Parallel`, 那么不仅是 `maxUnavailable` 数量的副本同时被终止,还会导致 `maxUnavailable` 数量的副本同时在 `ContainerCreating` 阶段。这就是所谓的突发(Bursting)。 因此,现在你可能有很多关于以下方面的问题: - 当设置 `podManagementPolicy:Parallel` 时,会产生什么行为? - 将 `partition` 设置为非 `0` 值时会发生什么? 自己试试看可能会更好。这是一个 alpha 特性,Kubernetes 贡献者正在寻找有关此特性的反馈。 这是否有助于你实现有状态的场景?你是否发现了一个 bug,或者你认为实现的行为不直观易懂, 或者它可能会破坏应用程序或让他们感到吃惊?请[登记一个 issue](https://github.com/kubernetes/kubernetes/issues) 告知我们。 ## 进一步阅读和后续步骤 {#next-steps} - [最多不可用 Pod 数](/zh-cn/docs/concepts/workloads/controllers/statefulset/#maximum-unavailable-pods) - [KEP for MaxUnavailable for StatefulSet](https://github.com/kubernetes/enhancements/tree/master/keps/sig-apps/961-maxunavailable-for-statefulset) - [代码实现](https://github.com/kubernetes/kubernetes/pull/82162/files) - [增强跟踪 Issue](https://github.com/kubernetes/enhancements/issues/961)