干货速递 ▎Kubernetes有状态集群服务部署与管理（下）

千呼万唤始出来，《Kubernetes有状态集群服务部署与管理（下）》将着重介绍Kubernetes与有状态集群服务相关的两个新特性：Init Container 和 Pet Set 。

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什么是Init Container？

从名字来看就是做初始化工作的容器。可以有一个或多个，如果有多个，这些 Init Container 按照定义的顺序依次执行，只有所有的Init Container 执行完后，主容器才启动。由于一个Pod里的存储卷是共享的，所以 Init Container 里产生的数据可以被主容器使用到。

Init Container可以在多种 K8S 资源里被使用到如 Deployment、Daemon Set, Pet Set, Job等，但归根结底都是在Pod启动时，在主容器启动前执行，做初始化工作。

我们在什么地方会用到 Init Container呢？

第一种场景是等待其它模块Ready，比如我们有一个应用里面有两个容器化的服务，一个是Web Server，另一个是数据库。其中Web Server需要访问数据库。但是当我们启动这个应用的时候，并不能保证数据库服务先启动起来，所以可能出现在一段时间内Web Server有数据库连接错误。为了解决这个问题，我们可以在运行Web Server服务的Pod里使用一个Init Container，去检查数据库是否准备好，直到数据库可以连接，Init Container才结束退出，然后Web Server容器被启动，发起正式的数据库连接请求。

第二种场景是做初始化配置，比如集群里检测所有已经存在的成员节点，为主容器准备好集群的配置信息，这样主容器起来后就能用这个配置信息加入集群。

还有其它使用场景，如将pod注册到一个中央数据库、下载应用依赖等。

这些东西能够放到主容器里吗？从技术上来说能，但从设计上来说，可能不是一个好的设计。首先不符合单一职责原则，其次这些操作是只执行一次的，如果放到主容器里，还需要特殊的检查来避免被执行多次。

这是Init Container的一个使用样例

这个例子创建一个Pod，这个Pod里跑的是一个nginx容器，Pod里有一个叫workdir的存储卷，访问nginx容器服务的时候，就会显示这个存储卷里的index.html 文件。

而这个index.html 文件是如何获得的呢？是由一个Init Container从网络上下载的。这个Init Container 使用一个busybox镜像，起来后，执行一条wget命令，获取index.html文件，然后结束退出。

由于Init Container和nginx容器共享一个存储卷（这里这个存储卷的名字叫workdir），所以在Init container里下载的index.html文件可以在nginx容器里被访问到。

可以看到 Init Container 是在 annotation里定义的。Annotation 是K8S新特性的实验场，通常一个新的Feature出来一般会先在Annotation 里指定，等成熟稳定了，再给它一个正式的属性名或资源对象名。

介绍完Init Container，千呼万唤始出来，主角Pet Set该出场了。

什么是Pet Set？在数据结构里Set是集合的意思，所以顾名思义Pet Set就是Pet的集合，那什么是Pet呢？我们提到过Cattle和Pet的概念，Cattle代表无状态服务，而Pet代表有状态服务。具体在K8S资源对象里，Pet是一种需要特殊照顾的Pod。它有状态、有身份、当然也比普通的Pod要复杂一些。

具体来说，一个Pet有三个特征。

一是有稳定的存储，这是通过我们前面介绍的PV/PVC 来实现的。

二是稳定的网络身份，这是通过一种叫 Headless Service 的特殊Service来实现的。要理解Headless Service是如何工作的，需要先了解Service是如何工作。我们提到过Service可以为多个Pod实例提供一个稳定的对外访问接口。这个稳定的接口是如何实现的的呢，是通过Cluster IP来实现的，Cluster IP是一个虚拟IP，不是真正的IP，所以稳定。K8S会在每个节点上创建一系列的IPTables规则，实现从Cluster IP到实际Pod IP的转发。同时还会监控这些Pod的IP地址变化，如果变了，会更新IP Tables规则，使转发路径保持正确。所以即使Pod IP有变化，外部照样能通过Service的ClusterIP访问到后面的Pod。

普通Service的Cluster IP 是对外的，用于外部访问多个Pod实例。而Headless Service的作用是对内的，用于为一个集群内部的每个成员提供一个唯一的DNS名字，这样集群成员之间就能相互通信了。所以Headless Service没有Cluster IP，这是它和普通Service的区别。

Headless Service为每个集群成员创建的DNS名字是什么样的呢？右下角是一个例子，第一个部分是每个Pet自己的名字，后面foo是Headless Service的名字，default是PetSet所在命名空间的名字，cluser.local是K8S集群的域名。对于同一个Pet Set里的每个Pet，除了Pet自己的名字，后面几部分都是一样的。所以要有一个稳定且唯一的DNS名字，就要求每个Pet的名字是稳定且唯一的。

三是序号命名规则。Pet是一种特殊的Pod，那么Pet能不能用Pod的命名规则呢？答案是不能，因为Pod的名字是不稳定的。Pod的命名规则是，如果一个Pod是由一个RC创建的，那么Pod的名字是RC的名字加上一个随机字符串。为什么要加一个随机字符串，是因为RC里指定的是Pod的模版，为了实现高可用，通常会从这个模版里创建多个一模一样的Pod实例，如果没有这个随机字符串，同一个RC创建的Pod之间就会由名字冲突。

如果说某个Pod由于某种原因死掉了，RC会新建一个来代替它，但是这个新建里的Pod名字里的随机字符串与原来死掉的Pod是不一样的。所以Pod的名字跟它的IP一样是不稳定的。

为了解决名字不稳定的问题，K8S对Pet的名字不再使用随机字符串，而是为每个Pet分配一个唯一不变的序号，比如 Pet Set 的名字叫 mysql，那么第一个启起来的Pet就叫 mysql-0，第二个叫 mysql-1，如此下去。

当一个Pet down 掉后，新创建的Pet 会被赋予跟原来Pet一样的名字。由于Pet名字不变所以DNS名字也跟以前一样，同时通过名字还能匹配到原来Pet用到的存储，实现状态保存。

这些是Pet Set 相关的一些操作：

• Peer discovery，这和我们上面的Headless Service有密切关系。通过Pet Set的 Headless Service，可以查到该Service下所有的Pet 的 DNS 名字。这样就能发现一个Pet Set 里所有的Pet。当一个新的Pet起来后，就可以通过Peer Discovery来找到集群里已经存在的所有节点的DNS名字，然后用它们来加入集群。

• 更新Replicas的数目、实现扩容和缩容。

• 更新Pet Set里Pet的镜像版本，实现升级。

• 删除 Pet Set。删除一个Pet Set 会先把这个Pet Set的Replicas数目缩减为0，等到所有的Pet都被删除了，再删除 Pet Set本身。注意Pet用到的存储不会被自动删除。这样用户可以把数据拷贝走了，再手动删除。

以上，与有状态服集群服务相关的K8S特性就介绍完了。

把这些特性和有状态集群服务关联起来串一下，我们可以用Pet Set来管理一个有状态服务集群，Pet Set里每个Pet对应集群的一个成员，集群的初始化可以用 Init Container来完成。集群里每个成员的状态由Volume, Persistent Volume来存储，集群里每个Pet 唯一的DNS名字通过Headless Service来提供，集群里的成员之间就可以通过这个名字，相互通信。