StatefulSet

StatefulSet merupakan salah satu objek API workload yang digunakan untuk aplikasi stateful.

Melakukan proses manajemen deployment dan scaling dari sebuah set Pods, serta menjamin mekanisme ordering dan keunikan dari Pod ini.

Seperti halnya Deployment, sebuah StatefulSet akan melakukan proses manajemen Pod yang didasarkan pada spec container identik. Meskipun begitu tidak seperti sebuah Deployment, sebuah StatefulSet akan menjamin identitas setiap Pod yang ada. Pod ini akan dibuat berdasarkan spec yang sama, tetapi tidak dapat digantikan satu sama lainnya: setiap Pod memiliki identifier persisten yang akan di-maintain meskipun pod tersebut di (re)schedule.

Sebuah StatefulSet beroperasi dengan pola yang sama dengan Kontroler lainnya. Kamu dapat mendefinisikan state yang diinginkan pada objek StatefulSet, dan kontroler StatefulSet akan membuat update yang dibutuhkan dari state saat ini.

Menggunakan StatefulSet

StatefulSet akan sangat bermanfaat apabila digunakan untuk aplikasi yang membutuhkan salah satu atau beberapa fungsi berikut.

• Memiliki identitas jaringan unik yang stabil.
• Penyimpanan persisten yang stabil.
• Mekanisme scaling dan deployment yang graceful tertara berdasarkan urutan.
• Mekanisme rolling update yang otomatis berdasarkan urutan.

Stabil dalam poin-poin di atas memiliki arti yang sama dengan persisten pada Pod saat dilakukan (re)scheduling. Jika suatu aplikasi tidak membutuhkan identitas yang stabil atau deployment yang memiliki urutan, penghapusan, atau mekanisme scaling, kamu harus melakukan deploy aplikasi dengan controller yang menyediakan replika stateless. Controller seperti Deployment atau ReplicaSet akan lebih sesuai dengan kebutuhan kamu.

Keterbatasan

• StatefulSet merupakan sumber daya beta sebelum 1.9 dan tidak tersedia pada Kubernetes rilis sebelum versi 1.5.
• Penyimpanan untuk sebuah Pod harus terlebih dahulu di-provision dengan menggunakan sebuah Provisioner PersistentVolume berdasarkan storage class yang dispesifikasikan, atau sudah ditentukan sebelumnya oleh administrator.
• Menghapus dan/atau scaling sebuah StatefulSet tidak akan menghapus volume yang berkaitan dengan StatefulSet tersebut. Hal ini dilakukan untuk menjamin data yang disimpan, yang secara umum dinilai lebih berhaga dibandingkan dengan mekanisme penghapusan data secara otomatis pada sumber daya terkait.
• StatefulSet saat ini membutuhkan sebuah Headless Service yang nantinya akan bertanggung jawab terhadap pada identitas jaringan pada Pod. Kamulah yang bertanggung jawab untuk membuat Service tersebut.
• StatefulSet tidak menjamin terminasi Pod ketika sebuah StatefulSet dihapus. Untuk mendapatkan terminasi Pod yang terurut dan graceful pada StatefulSet, kita dapat melakukan scale down Pod ke 0 sebelum penghapusan.
• Ketika menggunakan Rolling Update dengan Kebijakan Manajemen Pod (OrderedReady) secara default, hal ini memungkinkan untuk mendapatkan state yang lebih terperinci yang membutuhkan mekanisme intervensi manual untuk perbaikan.

Komponen-Komponen

Contoh di bawah ini akna menunjukkan komponen-komponen penyusun StatefulSet.

• Sebuah Service Headless, dengan nama nginx, digunakan untuk mengontrol domain jaringan.
• StatefulSet, dengan nama web, memiliki Spek yang mengindikasikan terdapat 3 replika Container yang akan dihidupkan pada Pod yang unik.
• Field volumeClaimTemplates akan menyediakan penyimpanan stabil menggunakan PersistentVolume yang di-provision oleh sebuah Provisioner PersistentVolume.

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx
  labels:
    app: nginx
spec:
  ports:
  - port: 80
    name: web
  clusterIP: None
  selector:
    app: nginx
---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: web
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx # harus sesuai dengan .spec.template.metadata.labels
  serviceName: "nginx"
  replicas: 3 # nilai default-nya adalah 1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx # harus sesuai dengan .spec.selector.matchLabels
    spec:
      terminationGracePeriodSeconds: 10
      containers:
      - name: nginx
        image: registry.k8s.io/nginx-slim:0.8
        ports:
        - containerPort: 80
          name: web
        volumeMounts:
        - name: www
          mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumeClaimTemplates:
  - metadata:
      name: www
    spec:
      accessModes: [ "ReadWriteOnce" ]
      storageClassName: "my-storage-class"
      resources:
        requests:
          storage: 1Gi

Selector Pod

Kamu harus menspesifikasikan field .spec.selector dari sebuah StatefulSet untuk menyesuaikan dengan label yang ada pada .spec.template.metadata.labels. Sebelum Kubernetes 1.8, field .spec.selector dapat diabaikan. Sejak versi 1.8 dan versi selanjutnya, apabila tidak terdapat selector Pod yang sesuai maka akan menghasilkan eror pada validasi pembuatan StatefulSet.

Identitas Pod

Pod pada StatefulSet memiliki identitas unik yang tersusun berdasarkan skala ordinal, sebuah identitas jaringan yang stabil, serta penyimpanan yang stabil. Identitas yang ada pada Pod ini akan tetap melekat, meskipun Pod tersebut dilakukan (re)schedule pada Node yang berbeda.

Indeks Ordinal

Untuk sebuah StatefulSet dengan N buah replika, setiap Pod di dalam StatefulSet akan diberi nama pada suatu indeks ordinal tertentu, dari 0 hingga N-1, yang unik pada Set ini.

ID Jaringan yang Stabil

Setiap Pod di dalam StatefulSet memiliki hostname diturunkan dari nama SatetulSet tersebut serta ordinal Pod tersebut. Pola pada hostname yang terbentuk adalah $(statefulset name)-$(ordinal). Contoh di atas akan menghasilkan tiga Pod dengan nama web-0,web-1,web-2. Sebuah StatefulSet dapat menggunakan sebuah Service Headless untuk mengontrol domain dari Pod yang ada. Domain yang diatur oleh Service ini memiliki format: $(service name).$(namespace).svc.cluster.local, dimana "cluster.local" merupakan domain klaster. Seiring dibuatnya setiap Pod, Pod tersebut akan memiliki subdomain DNS-nya sendiri, yang memiliki format: $(podname).$(governing service domain), dimana Service yang mengatur didefinisikan oleh field serviceName pada StatefulSet.

Seperti sudah disebutkan di dalam bagian keterbatasan, kamulah yang bertanggung jawab untuk membuat Service Headless yang bertanggung jawab terhadap identitas jaringan pada Pod.

Di sini terdapat beberapa contoh penggunaan Domain Klaster, nama Service, nama StatefulSet, dan bagaimana hal tersebut berdampak pada nama DNS dari Pod StatefulSet.

Penyimpanan Stabil

Kubernetes membuat sebuah PersistentVolume untuk setiap VolumeClaimTemplate. Pada contoh nginx di atas, setiap Pod akan menerima sebuah PersistentVolume dengan StorageClass my-storage-class dan penyimpanan senilai 1 Gib yang sudah di-provisioning. Jika tidak ada StorageClass yang dispesifikasikan, maka StorageClass default akan digunakan. Ketika sebuah Pod dilakukan (re)schedule pada sebuah Node, volumeMounts akan me-mount PersistentVolumes yang terkait dengan PersistentVolume Claim-nya. Perhatikan bahwa, PersistentVolume yang terkait dengan PersistentVolumeClaim dari Pod tidak akan dihapus ketika Pod, atau StatefulSet dihapus. Penghapusan ini harus dilakukan secara manual.

Label Pod Name

Ketika sebuah controller StatefulSet membuat sebuah Pod, controller ini akan menambahkan label, statefulset.kubernetes.io/pod-name, yang akan diaktifkan pada nama Pod. Label ini akan mengizinkan kamu untuk meng-attach sebuah Service pada Pod spesifik tertentu. di StatefulSet.

Jaminan Deployment dan Mekanisme Scaling

• Untuk sebuah StatefulSet dengan N buah replika, ketika Pod di-deploy, Pod tersebut akan dibuat secara berurutan dengan urutan nilai {0..N-1}.
• Ketika Pod dihapus, Pod tersebut akan dihentikan dengan urutan terbalik, yaitu {N-1..0}.
• Sebelum operasi scaling diaplikasikan pada sebuah Pod, semua Pod sebelum Pod tersebut haruslah sudah dalam status Running dan Ready.
• Sebelum sebuah Pod dihentikan, semua Pod setelah Pod tersebut haruslah sudah terlebih dahulu dihentikan.

StatefulSet tidak boleh menspesifikasikan nilai dari pod.Spec.TerminationGracePeriodSeconds menjadi 0. Hal ini tidaklah aman dan tidak disarankan. Untuk penjelasan lebih lanjut, silakan lihat penghapusan paksa Pod pada StatefulSet.

Ketika contoh nginx di atas dibuat, tiga Pod akan di-deploy dengan urutan web-0, web-1, web-2. web-1 tidak akan di-deploy sebelum web-0 berada dalam status Running dan Ready, dan web-2 tidak akan di-deploy sebelum web-1 berada dalam status Running dan Ready. Jika web-0 gagal, setelah web-1 berada dalam status Running and Ready, tapi sebelum web-2 dibuat, maka web-2 tidak akan dibuat hingga web-0 sukses dibuat ulang dan berada dalam status Running dan Ready.

Jika seorang pengguna akan melakukan mekanisme scale pada contoh di atas dengan cara melakukan patch, pada StatefulSet sehingga replicas=1, maka web-2 akan dihentikan terlebih dahulu. web-1 tidak akan dihentikan hingga web-2 benar-benar berhenti dan dihapus. Jika web-0 gagal setelah web-2 diterminasi dan berada dalam status mati, tetapi sebelum web-1 dihentikan, maka web-1 tidak akan dihentikan hingga web-0 berada dalam status Running dan Ready.

Kebijakan Manajemen Pod

Pada Kubernetes versi 1.7 dan setelahnya, StatefulSet mengizinkan kamu untuk melakukan mekanisme urutan tadi menjadi lebih fleksibel dengan tetap menjamin keunikan dan identitas yang ada melalui field .spec.podManagementPolicy.

Manajemen OrderedReady pada Pod

Manajemen OrderedReady pada Pod merupakan nilai default dari StatefulSet. Hal ini akan mengimplementasikan perilaku yang dijelaskan di atas.

Manajemen Pod secara Paralel

Manajemen Pod secara paralel akan menyebabkan kontroler StatefulSet untuk memulai atau menghentikan semua Pod yang ada secara paralel, dan tidak menunggu Pod berada dalam status Running dan Ready atau sudah dihentikan secara menyeluruh sebelum me-launch atau menghentikan Pod yang lain. Opsi ini hanya akan memengaruhi operasi scaling. Operasi pembaruan tidak akan terpengaruh.

Strategi Update

Pada Kubernetes versi 1.7 dan setelahnya, field .spec.updateStrategy pada StatefulSet memungkinkan-mu untuk melakukan konfigurasi dan menonaktifkan otomatisasi rolling updates untuk container, label, resource request/limits, dan annotation pada Pod yang ada di dalam sebuah StatefulSet.

Mekanisme Strategi Update On Delete

Mekanisme strategi update OnDelete mengimplementasikan perilaku legasi (versi 1.6 dan sebelumnya). Ketika sebuah field .spec.updateStrategy.type pada StatefulSet diubah menjadi OnDelete maka kontroler StatefulSet tidak akan secara otomatis melakukan update pada Pod yang ada di dalam StatefulSet tersebut. Pengguna haruslah secara manual melakukan penghapusan Pod agar kontroler membuat Pod baru yang mengandung modifikasi yang dibuat pada field .spec.template StatefulSet.

Mekanisme Strategi Update Rolling Updates

Mekanisme strategi update RollingUpdate mengimplementasikan otomatisasi rolling update untuk Pod yang ada pada StatefulSet. Strategi inilah yang diterapkan ketika .spec.updateStrategy tidak dispesifikasikan. Ketika field .spec.updateStrategy.type diubah nilainya menjadi RollingUpdate, maka kontroler StatefulSet akan menghapus dan membuat setiap Pod di dalam StatefulSet. Kemudian hal ini akan diterapkan dengan urutan yang sama dengan mekanisme terminasi Pod (dari nilai ordinal terbesar ke terkecil), yang kemudian akan melakukan update Pod satu per satu. Mekanisme ini akan memastikan sebuah Pod yang di-update berada dalam status Running dan Ready sebelum meng-update Pod dengan nilai ordinal lebih rendah.

Mekanisme Strategi Update dengan Partisi

Mekanisme strategi update RollingUpdate dapat dipartisi, dengan cara menspesifikasikan nilai dari .spec.updateStrategy.rollingUpdate.partition. Jika nilai dari field ini dispesifikasikan, maka semua Pod dengan nilai ordinal yang lebih besar atau sama dengan nilai partisi akan diupdate ketika nilai .spec.template pada StatefulSet diubah. Semua Pod dengan nilai ordinal yang lebih kecil dari partisi tidak akan diupdate, dan, bahkan setelah Pod tersebut dihapus, Pod ini akan digantikan dengan Pod versi sebelumnya. Jika nilai .spec.updateStrategy.rollingUpdate.partition lebih besar dari nilai .spec.replicas, update pada .spec.template tidak akan dipropagasi pada Pod-Pod-nya. Pada sebagian besar kasus, kamu tidak akan perlu menggunakan partisi, tapi hal tersebut akan sangat berguna apabila kamu ingin mekakukan mekanisme update canary.

Mekanisme Strategi Update yang Dipaksa (Forced Rollback)

Ketika menggunakan strategi update Rolling Updates dengan nilai default Kebijakan Manajemen Pod (OrderedReady), hal ini memungkinkan adanya kondisi broken yang membutuhkan intervensi secara manual agar kondisi ini dapat diperbaiki.

Jika kamu melakukan update pada template Pod untuk konfigurasi yang tidak pernah berada dalam status Running dan Ready (sebagai contohnya, apabila terdapat kode binary yang buruk atau error pada konfigurasi di level aplikasi), maka StatefulSet akan menghentikan proses rollout dan berada dalam status wait.

Dalam kondisi ini, maka templat Pod tidak akan diubah secara otomatis pada konfigurasi sebelumnya Hal ini terjadi karena adanya isu, StatefulSet akan tetap berada dalam kondisi wait untuk menunggu Pod yang bermasalah untuk menjadi Ready (yang tidak akan terjadi) dan sebelum StatefulSet ini berusaha untuk melakukan revert pada konfigurasi sebelumnya.

Setelah melakukan mekanisme revert templat, kamu juga harus menghapus semua Pod di dalam StatefulSet tersebut yang telah berusaha untuk menggunakan konfigurasi yang broken. StatefulSet akan mulai membuat Pod dengan templat konfigurasi yang sudah di-revert.

Selanjutnya

• Ikuti contoh yang ada pada bagaimana cara melakukan deployi aplikasi stateful.
• Ikuti contoh yang ada pada bagaimana cara melakukan deploy Cassandra dengan StatefulSets.