Capítulo 6.4 - StatefulSets e Armazenamento Persistente

Objetivos de Aprendizagem

Ao final deste capítulo, você será capaz de:

• Compreender os StatefulSets e suas características
• Fazer deploy de aplicações stateful com armazenamento persistente
• Entender as identidades estáveis dos Pods
• Utilizar volumeClaimTemplates
• Compreender as diferenças em relação aos Deployments
• Gerenciar scaling ordenado

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Introdução

Os Deployments são ideais para aplicações stateless (sem estado). Para aplicações stateful (com estado), como bancos de dados, você precisa de StatefulSets.

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O que é um StatefulSet?

Um StatefulSet gerencia o deploy e o scaling de um conjunto de Pods com:

• Identidades estáveis: Nomes de Pods previsíveis (web-0, web-1, web-2)
• Armazenamento persistente: Cada Pod tem seu próprio volume
• Ordem garantida: Deploy e scaling ordenados
• Service headless: Serviço sem ClusterIP para descoberta DNS

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Características Principais

1. Identidades Estáveis

Nomes dos Pods:

• web-0
• web-1
• web-2

Vantagens:

• Identidade estável mesmo após reinício
• DNS estável para descoberta de serviço
• Armazenamento vinculado à identidade

2. Armazenamento Persistente Individual

Cada Pod tem seu próprio volume persistente criado via volumeClaimTemplates.

3. Ordem Garantida

Deploy: Ordem crescente (0, 1, 2)
Remoção: Ordem decrescente (2, 1, 0)
Scaling: Ordenado

4. Service Headless

Um service headless (sem ClusterIP) permite descoberta DNS estável.

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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Exemplo Completo

Etapa 1: Criar o Service Headless

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

Etapa 2: Criar o StatefulSet

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: web-statefulset
spec:
  serviceName: "web-service"  # Deve corresponder ao service 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 tem seu próprio volume

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VolumeClaimTemplates

Os volumeClaimTemplates criam automaticamente um PVC para cada Pod.

Características:

• Criação automática de PVCs
• Nome: {template-name}-{pod-name}
• Cada Pod tem seu próprio PVC
• PVCs só são removidos se o Pod for excluído

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Diferenças: Deployment vs StatefulSet

Característica	Deployment	StatefulSet
Identidade	Aleatória (random-abc123)	Estável (web-0, web-1)
Armazenamento	Compartilhado ou efêmero	Individual persistente
Scaling	Aleatório	Ordem garantida
Service	ClusterIP normal	Headless (DNS)
Caso de uso	Apps stateless	Apps stateful (DB, etc.)
Reinício	Novo nome	Mesmo nome

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Casos de Uso

1. Bancos de Dados

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. Aplicações com Estado

• Sistemas de arquivos distribuídos
• Caches com dados persistentes
• Aplicações com identidades estáveis

3. Serviços que Requerem Ordem

• Replicação master-slave
• Aplicações com quorum
• Serviços com eleição de líder

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Scaling

Scaling Up

kubectl scale statefulset web-statefulset --replicas=5

Resultado: Cria web-3 e depois web-4 em ordem.

Scaling Down

kubectl scale statefulset web-statefulset --replicas=2

Resultado: Remove web-2 e depois web-1 em ordem decrescente.

Importante: Os PVCs não são removidos automaticamente. Remova manualmente se necessário.

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Atualizações

Rolling Update

spec:
  updateStrategy:
    type: RollingUpdate
  template:
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.21  # Nova versão

Processo:

1. Atualiza web-2 (último)
2. Atualiza web-1
3. Atualiza web-0 (primeiro)

OnDelete

spec:
  updateStrategy:
    type: OnDelete

Processo: Atualiza somente quando um Pod é removido manualmente.

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Comandos Úteis

Criar e Gerenciar

# Criar um StatefulSet
kubectl apply -f statefulset.yaml

# Ver os StatefulSets
kubectl get statefulset
kubectl get sts

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

# Detalhes
kubectl describe statefulset web-statefulset

Scaling

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

# Reduzir os replicas
kubectl scale statefulset web-statefulset --replicas=2

Ver os Volumes

# Ver os PVCs criados
kubectl get pvc

# Ver detalhes
kubectl describe pvc www-web-0

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Boas Práticas

1. Usar para Aplicações Stateful

StatefulSets apenas para aplicações com estado. Use Deployments para stateless.

2. Service Headless Obrigatório

Sempre crie um service headless para descoberta DNS.

3. Armazenamento Apropriado

Escolha o access mode correto (RWO para bancos de dados).

4. Backups

Implemente backups regulares dos volumes.

5. Monitoramento

Monitore o estado e desempenho de cada Pod.

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Resumo

Neste capítulo, você aprendeu:

StatefulSet: Gerencia aplicações stateful com identidades estáveis
Características: Nomes previsíveis, volumes individuais, ordem garantida, service headless
volumeClaimTemplates: Criação automática de PVCs por Pod
Casos de uso: Bancos de dados, aplicações com estado, serviços ordenados
Diferenças: Identidade estável vs aleatória, armazenamento individual vs compartilhado
Scaling: Ordem garantida (crescente para up, decrescente para down)
Atualizações: RollingUpdate (inverso) ou OnDelete

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Próximos Passos

Módulo 7: Workloads Avançados (StatefulSets avançado, DaemonSets, Jobs)
Lab 6.4: StatefulSet com Armazenamento Persistente

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Capítulo criado em: Dezembro 2024