【K8S】Kubernetes 中的 Deployment、DaemonSet、StatefulSet

本文将围绕 Kubernetes 中的 Deployment、DaemonSet、StatefulSet 三个核心控制器。会按以下思路来展开：

1. 定义与使用场景
2. 架构 & 工作机制（含 Mermaid 图）
3. 优缺点对比
4. 源码级（控制器循环逻辑）剖析
5. 实际运维建议 & 常见误区

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一、Deployment

1. 定义与场景

• 定义：Deployment 是最常用的控制器，适合 无状态（stateless）应用，如 Web 服务、API 网关、微服务。

• 典型场景：

  • Nginx/Java/Python Web 服务
  • 中间层微服务（不依赖固定存储/节点）

2. 工作机制

• Deployment 管理 ReplicaSet，ReplicaSet 再管理 Pod。
• 通过 声明式 YAML 指定副本数、副本模板，Deployment 控制器会保证集群中实际运行的副本数和期望一致。
• 支持 滚动升级、回滚，通过生成新的 ReplicaSet、缩容旧 ReplicaSet 实现。

3. 优缺点

• ✅ 优点：简单、灵活、支持滚动升级、支持 HPA 自动伸缩。
• ❌ 缺点：不保证 Pod 的唯一性/稳定 ID，不适合需要持久化存储或固定网络标识的服务。

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二、DaemonSet

1. 定义与场景

• 定义：保证每个（或指定）节点上都运行一个 Pod。

• 典型场景：

  • 日志采集（如 Fluentd、Filebeat）
  • 监控 Agent（如 Prometheus Node Exporter）
  • 节点级系统守护进程（CNI、存储插件、驱动）

2. 工作机制

• DaemonSet Controller 监听节点事件，当有新节点加入时，自动在该节点上启动 Pod；当节点下线，Pod 会被清理。
• 也支持 节点选择器 / taints & tolerations，让 DaemonSet 只在特定节点上运行。

3. 优缺点

• ✅ 优点：节点级一致性，自动覆盖整个集群，适合做系统级任务。
• ❌ 缺点：不支持滚动版本的多副本（每节点固定 1 个），不适合用户业务应用。

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三、StatefulSet

1. 定义与场景

• 定义：为 有状态（stateful）应用 提供控制器，保证 Pod 拥有 固定 ID（序号）、稳定的网络标识、持久化存储卷绑定。

• 典型场景：

  • 数据库（MySQL、Postgres）
  • 分布式存储系统（Cassandra、Ceph、HDFS）
  • 分布式协调系统（Zookeeper、Etcd、Kafka Broker）

2. 工作机制

• StatefulSet 的 Pod 拥有有序编号（如 myapp-0, myapp-1）。

• Pod 启动和终止遵循严格顺序：

  • 创建顺序：-0 → -1 → -2
  • 删除顺序：-n → -n-1 → -0

• 每个 Pod 会绑定一个 PersistentVolumeClaim (PVC)，保证重启后数据不会丢失。

3. 优缺点

• ✅ 优点：提供稳定 ID + 网络标识 + 存储绑定，适合有状态分布式应用。
• ❌ 缺点：不支持水平扩展过快（顺序限制），扩展和升级成本比 Deployment 大。

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四、三者对比（总结表）

特性	Deployment (无状态)	DaemonSet (节点级)	StatefulSet (有状态)
适用场景	Web 服务、微服务	节点守护进程	数据库、分布式存储
Pod 标识稳定性	❌ 无保证	⚠ 每节点 1 个固定	✅ 稳定 ID + 网络
存储支持	通常用临时存储	可选配置	强绑定 PVC
副本数管理	自由伸缩（ReplicaSet）	每节点固定 1 个	有序伸缩
滚动升级 & 回滚	✅ 支持	⚠ 有限（逐节点替换）	✅ 支持但更严格
典型应用	Nginx, API 服务	日志/监控 Agent	Kafka, Zookeeper, MySQL

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五、控制器源码逻辑（简化版伪代码）

Deployment Controller（核心 reconcile 循环）

for {
   desiredRS := getDesiredReplicaSet(deployment)
   currentRSs := listReplicaSets(deployment)
   scaleUpOrDown(currentRSs, desiredRS.replicas)
   manageRollout(currentRSs, desiredRS) // 滚动升级逻辑
   sleep(reconcileInterval)
}

DaemonSet Controller

for {
   nodes := listAllNodes()
   for node in nodes {
      if !hasPod(node) {
         createPod(node)
      }
   }
   deletePodsOnDeletedNodes()
   sleep(reconcileInterval)
}

StatefulSet Controller

for i := 0; i < replicas; i++ {
   if !existsPod(i) {
      createPodWithID(i)
      createPVC(i)
   }
}
// 删除时，逆序操作

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六、如何选择 Deployment / DaemonSet / StatefulSet

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七、运维建议 & 常见误区

• Deployment：推荐所有微服务默认用 Deployment，除非明确需要状态。

• DaemonSet：日志/监控/存储驱动必须用它，而不是 Deployment。

• StatefulSet：别轻易用，尤其在数据库场景，最好配合 Operator（如 MySQL Operator, Kafka Operator）管理复杂逻辑。

• 常见误区：

  • ❌ 用 Deployment 部署数据库（Pod 重建时丢失数据/地址变动）。
  • ❌ 用 DaemonSet 跑用户应用（会导致每节点一个实例，资源浪费）。
  • ❌ 用 StatefulSet 跑无状态 Web 服务（导致不必要的复杂性）。