Kubernetes StatefulSet 实战：从创建到运维的完整指南

Kubernetes StatefulSet 实战：从创建到运维的完整指南

一、前言：StatefulSet 实战核心目标

本文围绕StatefulSet 的创建、验证、扩容缩容、更新、删除五大核心操作，结合完整命令与输出示例，帮你掌握：

• 如何快速搭建 StatefulSet + Headless Service 环境；

• 验证 StatefulSet 的三大核心特性（稳定网络、持久存储、有序操作）；

• 生产环境常用运维操作（扩容、缩容、版本更新、删除）；

• 关键配置（更新策略、分区发布）的实操落地。

二、核心前提：StatefulSet 依赖组件

StatefulSet 运行必须满足两个核心依赖：

1. Headless Service：提供稳定网络标识（DNS 解析），clusterIP: None；

2. PersistentVolume（PV）：通过volumeClaimTemplates自动创建，保障数据持久化。

三、实战步骤 1：创建 StatefulSet 与 Headless Service

3.1 配置文件（web.yaml）

--- # Headless Service：提供稳定网络标识 apiVersion: v1 kind: Service metadata: name: nginx labels: app: nginx spec: ports: - port: 80 name: web clusterIP: None # 关键：无集群 IP，仅提供 DNS 解析 selector: app: nginx --- # StatefulSet 配置：2 个副本 + 1Gi 持久存储 apiVersion: apps/v1beta1 kind: StatefulSet metadata: name: web spec: serviceName: "nginx" # 关联 Headless Service replicas: 2 template: metadata: labels: app: nginx spec: containers: - name: nginx image: gcr.io/google_containers/nginx-slim:0.8 ports: - containerPort: 80 name: web volumeMounts: - name: www # 与 volumeClaimTemplates 名称一致 mountPath: /usr/share/nginx/html # 持久存储模板：自动为每个 Pod 创建 PVC volumeClaimTemplates: - metadata: name: www spec: accessModes: [ "ReadWriteOnce" ] # 单节点读写 resources: requests: storage: 1Gi

3.2 执行创建命令

1. 打开两个终端窗口：

• 终端 1（监控 Pod 状态）：

kubectl get pods -w -l app=nginx

• 终端 2（执行创建操作）：

kubectl create -f web.yaml # 输出： # service "nginx" created # statefulset "web" created

1. 验证创建结果：

# 查看 Headless Service kubectl get service nginx # 输出：NAME CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE # nginx None > 80/TCP 12s # 查看 StatefulSet kubectl get statefulset web # 输出：NAME DESIRED CURRENT AGE # web 2 2 30s

3.3 关键现象：有序创建 Pod

终端 1 监控到的 Pod 创建顺序：

web-0 0/1 Pending 0 0s web-0 1/1 Running 0 19s # 先启动 web-0 web-1 0/1 Pending 0 0s web-1 1/1 Running 0 18s # web-0 就绪后启动 web-1

核心特性：StatefulSet 按

0→1→N-1

顺序创建 Pod，前一个就绪后才启动下一个。

四、实战步骤 2：验证 StatefulSet 核心特性

4.1 验证稳定网络标识

每个 Pod 拥有固定主机名和 DNS 地址：

# 1. 查看 Pod 主机名（固定为 <statefulset 名称>-<序号>） for i in 0 1; do kubectl exec web-$i -- sh -c 'hostname'; done # 输出： # web-0 # web-1 # 2. 验证集群内 DNS 解析（使用 dnsutils 容器） kubectl run -i --tty --image busybox dns-test --restart=Never --rm /bin/sh # 执行 nslookup： nslookup web-0.nginx # 输出：Address 1: 10.244.1.6 web-0.nginx.default.svc.cluster.local nslookup web-1.nginx # 输出：Address 1: 10.244.2.6 web-1.nginx.default.svc.cluster.local

关键结论：即使 Pod 重建，主机名和 DNS 地址不变，仅 IP 可能更新。

4.2 验证稳定持久存储

数据不随 Pod 重建丢失：

# 1. 向每个 Pod 的存储写入主机名（模拟业务数据） for i in 0 1; do kubectl exec web-$i -- sh -c 'echo $(hostname) > /usr/share/nginx/html/index.html'; done # 2. 验证数据写入成功 for i in 0 1; do kubectl exec -it web-$i -- curl localhost; done # 输出： # web-0 # web-1 # 3. 删除所有 Pod，观察重建后数据是否保留 kubectl delete pod -l app=nginx # 等待 Pod 重建完成后，再次验证： for i in 0 1; do kubectl exec -it web-$i -- curl localhost; done # 输出仍为 web-0、web-1，数据未丢失！

核心特性：每个 Pod 绑定独立 PV，删除 Pod 后 PV 不删除，重建后自动挂载。

五、实战步骤 3：常用运维操作（扩容 / 缩容 / 更新 / 删除）

5.1 扩容 StatefulSet（从 2 到 5 个副本）

# 终端 1 监控 Pod 状态：kubectl get pods -w -l app=nginx # 终端 2 执行扩容： kubectl scale sts web --replicas=5 # 输出：statefulset "web" scaled

关键现象：按2→3→4顺序创建 Pod，每个 Pod 就绪后才启动下一个。

5.2 缩容 StatefulSet（从 5 到 3 个副本）

# 终端 1 监控 Pod 状态 # 终端 2 执行缩容： kubectl patch sts web -p '{"spec":{"replicas":3}}' # 输出："web" patched

关键现象：按4→3反向顺序删除 Pod，前一个 Pod 完全终止后才删除下一个。

5.3 更新 StatefulSet（镜像版本升级）

StatefulSet 支持两种更新策略，实操如下：

策略 1：OnDelete（默认，手动触发更新）

# 1. 修改镜像版本（从 0.8 到 0.7） kubectl patch statefulset web --type='json' -p='[{"op": "replace", "path": "/spec/template/spec/containers/0/image", "value":"gcr.io/google_containers/nginx-slim:0.7"}]' # 2. 手动删除 Pod，触发更新（仅删除的 Pod 会更新） kubectl delete pod web-0 web-1 web-2 # 3. 验证更新结果 kubectl get pod -l app=nginx -o jsonpath='{range .items[*]}{.metadata.name}{"t"}{.spec.containers[0].image}{"n"}{end}' # 输出：所有 Pod 镜像已更新为 0.7

策略 2：RollingUpdate（自动滚动更新）

# 1. 配置滚动更新策略 kubectl patch statefulset web -p '{"spec":{"updateStrategy":{"type":"RollingUpdate"}}}' # 2. 修改镜像版本（从 0.7 回滚到 0.8） kubectl patch statefulset web --type='json' -p='[{"op": "replace", "path": "/spec/template/spec/containers/0/image", "value":"gcr.io/google_containers/nginx-slim:0.8"}]' # 3. 监控更新过程（反向顺序：web-2→web-1→web-0） kubectl get po -l app=nginx -w

高级操作：分区更新（金丝雀发布）

仅更新序号 ≥ partition 的 Pod：

# 1. 配置分区（仅更新序号 ≥2 的 Pod，即 web-2） kubectl patch statefulset web -p '{"spec":{"updateStrategy":{"type":"RollingUpdate","rollingUpdate":{"partition":2}}}}' # 2. 修改镜像版本，仅 web-2 会更新 kubectl patch statefulset web --type='json' -p='[{"op": "replace", "path": "/spec/template/spec/containers/0/image", "value":"gcr.io/google_containers/nginx-slim:0.7"}]' # 3. 验证结果（仅 web-2 为 0.7，其余为 0.8） kubectl get pod -l app=nginx -o jsonpath='{range .items[*]}{.metadata.name}{"t"}{.spec.containers[0].image}{"n"}{end}'

5.4 删除 StatefulSet

方式 1：非级联删除（仅删 StatefulSet，保留 Pod 和 PV）

kubectl delete statefulset web --cascade=false # 验证：Pod 仍运行，PV 保留 kubectl get pods -l app=nginx kubectl get pvc -l app=nginx

方式 2：级联删除（删 StatefulSet + Pod，保留 PV）

kubectl delete statefulset web # 验证：Pod 按反向顺序删除，PV 仍存在 kubectl get pods -l app=nginx # 无输出 kubectl get pvc -l app=nginx # 仍显示绑定状态 # 手动删除 Headless Service（级联删除不会删 Service） kubectl delete service nginx

六、关键配置与生产实践总结

七、核心结论

1. StatefulSet 的核心价值是稳定标识 + 持久存储 + 有序操作，专为数据库、缓存等有状态服务设计；

2. 运维关键：牢记「有序创建 / 缩容 / 更新」特性，避免强制终止 Pod 导致数据不一致；

3. 存储管理：删除 StatefulSet 后，需手动清理无用 PV，避免存储资源浪费；

4. 更新策略：生产环境优先使用RollingUpdate + partition，实现安全的灰度发布和版本回滚。

通过本文实操，可快速掌握 StatefulSet 从部署到运维的全流程，直接复用命令和配置到生产环境。