Capítulo 6.4 - StatefulSets y Almacenamiento Persistente

Objetivos de Aprendizaje

Al final de este capítulo, usted será capaz de:

• Comprender los StatefulSets y sus características
• Desplegar aplicaciones stateful con almacenamiento persistente
• Comprender las identidades estables de los Pods
• Utilizar volumeClaimTemplates
• Comprender las diferencias con Deployments
• Gestionar el escalado ordenado

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Introducción

Los Deployments son ideales para aplicaciones stateless (sin estado). Para aplicaciones stateful (con estado) como bases de datos, usted necesita StatefulSets.

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¿Qué es un StatefulSet?

Un StatefulSet gestiona los despliegues y el escalado de un conjunto de Pods con:

• Identidades estables: Nombres de Pods predecibles (web-0, web-1, web-2)
• Almacenamiento persistente: Cada Pod tiene su propio volumen
• Orden garantizado: Despliegue y escalado ordenado
• Servicio headless: Servicio sin ClusterIP para descubrimiento DNS

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Características Principales

1. Identidades Estables

Nombres de los Pods:

• web-0
• web-1
• web-2

Ventajas:

• Identidad estable incluso después de reinicio
• DNS estable para descubrimiento de servicio
• Almacenamiento vinculado a la identidad

2. Almacenamiento Persistente Individual

Cada Pod tiene su propio volumen persistente creado mediante volumeClaimTemplates.

3. Orden Garantizado

Despliegue: Orden ascendente (0, 1, 2)
Eliminación: Orden descendente (2, 1, 0)
Escalado: Ordenado

4. Servicio Headless

Un servicio headless (sin ClusterIP) permite un descubrimiento DNS estable.

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: web-service
spec:
  clusterIP: None  # Headless service
  selector:
    app: web
  ports:
  - port: 80

DNS:

• web-0.web-service.default.svc.cluster.local
• web-1.web-service.default.svc.cluster.local
• web-2.web-service.default.svc.cluster.local

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Ejemplo Completo

Paso 1: Crear el Servicio Headless

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: web-service
spec:
  clusterIP: None
  selector:
    app: web
  ports:
  - port: 80
    name: http

Paso 2: Crear el StatefulSet

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: web-statefulset
spec:
  serviceName: "web-service"  # Debe coincidir con el servicio headless
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: web
  template:
    metadata:
      labels:
        app: web
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.20
        ports:
        - containerPort: 80
          name: http
        volumeMounts:
        - name: www
          mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumeClaimTemplates:
  - metadata:
      name: www
    spec:
      accessModes: [ "ReadWriteOnce" ]
      storageClassName: "fast-ssd"
      resources:
        requests:
          storage: 10Gi

Resultado:

• 3 Pods: web-0, web-1, web-2
• 3 PVCs: www-web-0, www-web-1, www-web-2
• Cada Pod tiene su propio volumen

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VolumeClaimTemplates

Los volumeClaimTemplates crean automáticamente un PVC para cada Pod.

Características:

• Creación automática de PVCs
• Nombre: {template-name}-{pod-name}
• Cada Pod tiene su propio PVC
• Los PVCs solo se eliminan si el Pod es eliminado

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Diferencias: Deployment vs StatefulSet

Característica	Deployment	StatefulSet
Identidad	Aleatoria (random-abc123)	Estable (web-0, web-1)
Almacenamiento	Compartido o efímero	Individual persistente
Escalado	Aleatorio	Orden garantizado
Servicio	ClusterIP normal	Headless (DNS)
Caso de uso	Apps stateless	Apps stateful (DB, etc.)
Reinicio	Nuevo nombre	Mismo nombre

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Casos de Uso

1. Bases de Datos

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: postgres
spec:
  serviceName: postgres
  replicas: 3
  template:
    spec:
      containers:
      - name: postgres
        image: postgres:14
        env:
        - name: PGDATA
          value: /var/lib/postgresql/data/pgdata
        volumeMounts:
        - name: postgres-data
          mountPath: /var/lib/postgresql/data
  volumeClaimTemplates:
  - metadata:
      name: postgres-data
    spec:
      accessModes: [ "ReadWriteOnce" ]
      storageClassName: "fast-ssd"
      resources:
        requests:
          storage: 50Gi

2. Aplicaciones con Estado

• Sistemas de archivos distribuidos
• Cachés con datos persistentes
• Aplicaciones con identidades estables

3. Servicios que Requieren Orden

• Replicación maestro-esclavo
• Aplicaciones con quórum
• Servicios con elección de líder

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Escalado

Escalado Hacia Arriba

kubectl scale statefulset web-statefulset --replicas=5

Resultado: Crea web-3 y luego web-4 en orden.

Escalado Hacia Abajo

kubectl scale statefulset web-statefulset --replicas=2

Resultado: Elimina web-2 y luego web-1 en orden descendente.

Importante: Los PVCs no se eliminan automáticamente. Elimínelos manualmente si es necesario.

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Actualizaciones

Rolling Update

spec:
  updateStrategy:
    type: RollingUpdate
  template:
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.21  # Nueva versión

Proceso:

1. Actualización de web-2 (último)
2. Actualización de web-1
3. Actualización de web-0 (primero)

OnDelete

spec:
  updateStrategy:
    type: OnDelete

Proceso: Actualización solo cuando un Pod es eliminado manualmente.

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Comandos Útiles

Crear y Gestionar

# Crear un StatefulSet
kubectl apply -f statefulset.yaml

# Ver los StatefulSets
kubectl get statefulset
kubectl get sts

# Ver los Pods
kubectl get pods -l app=web

# Detalles
kubectl describe statefulset web-statefulset

Escalado

# Aumentar los replicas
kubectl scale statefulset web-statefulset --replicas=5

# Reducir los replicas
kubectl scale statefulset web-statefulset --replicas=2

Ver los Volúmenes

# Ver los PVCs creados
kubectl get pvc

# Ver los detalles
kubectl describe pvc www-web-0

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Buenas Prácticas

1. Usar para Aplicaciones Stateful

StatefulSets solo para aplicaciones con estado. Utilice Deployments para stateless.

2. Servicio Headless Requerido

Siempre cree un servicio headless para el descubrimiento DNS.

3. Almacenamiento Apropiado

Elija el modo de acceso correcto (RWO para bases de datos).

4. Copias de Seguridad

Implemente copias de seguridad regulares de los volúmenes.

5. Monitoreo

Supervise el estado y el rendimiento de cada Pod.

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Resumen

En este capítulo, usted ha aprendido:

StatefulSet: Gestiona aplicaciones stateful con identidades estables
Características: Nombres predecibles, volúmenes individuales, orden garantizado, servicio headless
volumeClaimTemplates: Creación automática de PVCs por Pod
Casos de uso: Bases de datos, aplicaciones con estado, servicios ordenados
Diferencias: Identidad estable vs aleatoria, almacenamiento individual vs compartido
Escalado: Orden garantizado (ascendente para up, descendente para down)
Actualizaciones: RollingUpdate (inverso) u OnDelete

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Próximos Pasos

Módulo 7: Workloads Avanzados (StatefulSets a fondo, DaemonSets, Jobs)
Lab 6.4: StatefulSet con Almacenamiento Persistente

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Capítulo creado el: Diciembre 2024