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Capítulo 7.1 - StatefulSets Aprofundado

Objetivos de Aprendizagem​

Ao final deste capítulo, você será capaz de:

  • Compreender StatefulSets em profundidade
  • Fazer deploy de bancos de dados com StatefulSets
  • Gerenciar scaling e atualizações
  • Entender os init containers em StatefulSets
  • Implementar replicação master-slave
  • Gerenciar quóruns e eleição de líder

Introdução​

Os StatefulSets são essenciais para aplicações stateful. Este capítulo aprofunda os conceitos e apresenta casos de uso avançados.

Arquitetura de um StatefulSet​

Componentes​

Exemplo: Banco de Dados PostgreSQL​

Etapa 1: Service Headless​

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

Etapa 2: ConfigMap para Configuração​

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

Etapa 3: Secret para Credenciais​

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

Etapa 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​

Os init containers são executados antes dos containers principais e podem:

  • Inicializar o banco de dados
  • Esperar que outros serviços estejam prontos
  • Configurar o ambiente
  • Verificar dependências

Exemplo:

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

Replicação Master-Slave​

Arquitetura​

Configuração:

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

Quórum e Eleição de Líder​

Para aplicações que necessitam de quórum (ex: etcd, Consul):

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: etcd
spec:
  serviceName: etcd
  replicas: 3  # Quórum: (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"

Quórum: (N/2) + 1, onde N = número de réplicas

Scaling​

Scaling Up​

kubectl scale statefulset postgres --replicas=5

Processo:

  1. Cria postgres-3
  2. Aguarda postgres-3 ficar Ready
  3. Cria postgres-4
  4. Aguarda postgres-4 ficar Ready

Scaling Down​

kubectl scale statefulset postgres --replicas=2

Processo:

  1. Remove postgres-4 (último)
  2. Aguarda postgres-4 ser finalizado
  3. Remove postgres-3
  4. Aguarda postgres-3 ser finalizado

Importante: Para bancos de dados, certifique-se de que os dados estejam salvos antes do scaling down.

Atualizações​

Rolling Update​

spec:
  updateStrategy:
    type: RollingUpdate
    rollingUpdate:
      partition: 0  # Atualiza todos os Pods

Processo:

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

Atualização Parcial (Canary)​

spec:
  updateStrategy:
    type: RollingUpdate
    rollingUpdate:
      partition: 2  # Mantém postgres-0 e postgres-1 na versão antiga

Resultado: Apenas postgres-2 é atualizado.

Comandos Úteis​

Gerenciamento​

# Ver StatefulSets
kubectl get statefulset
kubectl get sts

# Detalhes
kubectl describe statefulset postgres

# Ver Pods
kubectl get pods -l app=postgres

# Logs de um Pod específico
kubectl logs postgres-0

Scaling​

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

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

Atualizações​

# Atualizar a imagem
kubectl set image statefulset/postgres postgres=postgres:15

# Ver status da atualização
kubectl rollout status statefulset/postgres

# Rollback
kubectl rollout undo statefulset/postgres

Boas Práticas​

1. Backups Regulares​

Implemente backups automáticos dos volumes.

2. Monitoramento​

Monitore o estado de cada Pod e as métricas de performance.

3. Quórum Apropriado​

Use um número ímpar de réplicas para evitar empates.

4. Init Containers​

Utilize init containers para inicialização e verificações.

5. Service Headless​

Sempre crie um service headless para descoberta via DNS.

Resumo​

Neste capítulo, você aprendeu:

StatefulSets aprofundados: Aplicações stateful com identidades estáveis
Bancos de dados: Deploy de PostgreSQL com replicação
Init containers: Inicialização antes dos containers principais
Replicação: Configuração master-slave
Quórum: Cálculo e configuração para aplicações distribuídas
Scaling: Ordem garantida (crescente/decrescente)
Atualizações: RollingUpdate e atualizações parciais
Boas práticas: Backups, monitoramento, quórum

Próximos Passos​

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

Capítulo criado em: Dezembro 2024