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Capítulo 7.1 - StatefulSets en Profundidad

Objetivos de Aprendizaje​

Al finalizar este capítulo, usted será capaz de:

  • Comprender los StatefulSets en profundidad
  • Desplegar bases de datos con StatefulSets
  • Gestionar el scaling y las actualizaciones
  • Comprender los init containers en StatefulSets
  • Implementar la replicación maestro-esclavo
  • Gestionar quorums y la elección de líder

Introducción​

Los StatefulSets son esenciales para las aplicaciones stateful. Este capítulo profundiza en los conceptos y presenta casos de uso avanzados.

Arquitectura de un StatefulSet​

Componentes​

Ejemplo: Base de Datos PostgreSQL​

Paso 1: Service Headless​

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: postgres
spec:
  clusterIP: None
  selector:
    app: postgres
  ports:
  - port: 5432
    name: postgres

Paso 2: ConfigMap para Configuración​

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: postgres-config
data:
  postgresql.conf: |
    max_connections = 200
    shared_buffers = 256MB
    effective_cache_size = 1GB

Paso 3: Secret para Credenciales​

apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: postgres-secret
type: Opaque
data:
  postgres-password: cG9zdGdyZXM=  # base64
  replication-password: cmVwbGljYXRpb24=  # base64

Paso 4: StatefulSet​

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: postgres
spec:
  serviceName: postgres
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: postgres
  template:
    metadata:
      labels:
        app: postgres
    spec:
      initContainers:
      - name: init-postgres
        image: postgres:14
        command:
        - /bin/bash
        - -c
        - |
          set -e
          if [[ $HOSTNAME == "postgres-0" ]]; then
            echo "Initializing primary database..."
          else
            echo "Waiting for primary to be ready..."
            until pg_isready -h postgres-0.postgres; do
              sleep 1
            done
          fi
        env:
        - name: PGHOST
          value: postgres-0.postgres
      containers:
      - name: postgres
        image: postgres:14
        env:
        - name: POSTGRES_PASSWORD
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: postgres-secret
              key: postgres-password
        - name: PGDATA
          value: /var/lib/postgresql/data/pgdata
        ports:
        - containerPort: 5432
          name: postgres
        volumeMounts:
        - name: postgres-data
          mountPath: /var/lib/postgresql/data
        - name: postgres-config
          mountPath: /etc/postgresql
      volumes:
      - name: postgres-config
        configMap:
          name: postgres-config
  volumeClaimTemplates:
  - metadata:
      name: postgres-data
    spec:
      accessModes: [ "ReadWriteOnce" ]
      storageClassName: "fast-ssd"
      resources:
        requests:
          storage: 50Gi

Init Containers​

Los init containers se ejecutan antes de los contenedores principales y pueden:

  • Inicializar la base de datos
  • Esperar a que otros servicios estén listos
  • Configurar el entorno
  • Verificar dependencias

Ejemplo:

spec:
  template:
    spec:
      initContainers:
      - name: wait-for-db
        image: busybox:1.35
        command:
        - sh
        - -c
        - |
          until nc -z postgres-0.postgres 5432; do
            echo "Waiting for database..."
            sleep 2
          done
      containers:
      - name: app
        image: my-app:1.0

Replicación Maestro-Esclavo​

Arquitectura​

Configuración:

spec:
  template:
    spec:
      containers:
      - name: postgres
        env:
        - name: POSTGRES_REPLICATION_MODE
          value: "master"  # Para postgres-0
        - name: POSTGRES_MASTER_HOST
          value: "postgres-0.postgres"  # Para postgres-1, postgres-2

Quorum y Elección de Líder​

Para aplicaciones que requieren un quorum (ej: etcd, Consul):

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: etcd
spec:
  serviceName: etcd
  replicas: 3  # Quorum: (3/2) + 1 = 2
  template:
    spec:
      containers:
      - name: etcd
        image: quay.io/coreos/etcd:v3.5.0
        env:
        - name: ETCD_NAME
          valueFrom:
            fieldRef:
              fieldPath: metadata.name
        - name: ETCD_INITIAL_CLUSTER
          value: "etcd-0=http://etcd-0.etcd:2380,etcd-1=http://etcd-1.etcd:2380,etcd-2=http://etcd-2.etcd:2380"

Quorum: (N/2) + 1, donde N = número de replicas

Scaling​

Scaling Up​

kubectl scale statefulset postgres --replicas=5

Proceso:

  1. Crea postgres-3
  2. Espera a que postgres-3 esté Ready
  3. Crea postgres-4
  4. Espera a que postgres-4 esté Ready

Scaling Down​

kubectl scale statefulset postgres --replicas=2

Proceso:

  1. Elimina postgres-4 (último)
  2. Espera a que postgres-4 esté terminado
  3. Elimina postgres-3
  4. Espera a que postgres-3 esté terminado

Importante: Para bases de datos, asegúrese de que los datos estén respaldados antes de hacer scaling down.

Actualizaciones​

Rolling Update​

spec:
  updateStrategy:
    type: RollingUpdate
    rollingUpdate:
      partition: 0  # Actualizar todos los Pods

Proceso:

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

Actualización Parcial (Canary)​

spec:
  updateStrategy:
    type: RollingUpdate
    rollingUpdate:
      partition: 2  # Mantiene postgres-0 y postgres-1 en la versión anterior

Resultado: Solo postgres-2 es actualizado.

Comandos Útiles​

Gestión​

# Ver los StatefulSets
kubectl get statefulset
kubectl get sts

# Detalles
kubectl describe statefulset postgres

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

# Logs de un Pod específico
kubectl logs postgres-0

Scaling​

# Scaling up
kubectl scale statefulset postgres --replicas=5

# Scaling down
kubectl scale statefulset postgres --replicas=2

Actualizaciones​

# Actualización de la imagen
kubectl set image statefulset/postgres postgres=postgres:15

# Ver el estado de la actualización
kubectl rollout status statefulset/postgres

# Rollback
kubectl rollout undo statefulset/postgres

Buenas Prácticas​

1. Respaldos Regulares​

Implemente respaldos automáticos de los volúmenes.

2. Monitoreo​

Supervise el estado de cada Pod y las métricas de rendimiento.

3. Quorum Apropiado​

Utilice un número impar de replicas para evitar empates.

4. Init Containers​

Utilice init containers para la inicialización y verificaciones.

5. Service Headless​

Siempre cree un service headless para el descubrimiento DNS.

Resumen​

En este capítulo, usted ha aprendido:

StatefulSets en profundidad: Aplicaciones stateful con identidades estables
Bases de datos: Despliegue de PostgreSQL con replicación
Init containers: Inicialización antes de los contenedores principales
Replicación: Configuración maestro-esclavo
Quorum: Cálculo y configuración para aplicaciones distribuidas
Scaling: Orden garantizado (ascendente/descendente)
Actualizaciones: RollingUpdate y actualizaciones parciales
Buenas prácticas: Respaldos, monitoreo, quorum

Próximos Pasos​

Capítulo 7.2: DaemonSets
Capítulo 7.3: Jobs
Capítulo 7.4: CronJobs

Capítulo creado el: Diciembre 2024