レッスン 12: ステートフルセット

KUBERNETES: 基本から高度まで

モジュール 3: 構成とストレージ

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StatefulSets: Kubernetes でのステートフル アプリケーションの実行

Deployment はステートレス アプリケーションのデフォルトのワークロード コントローラーです。各ポッドは同一で交換可能なため、自由にスケールアップ/スケールダウンできます。しかし、データベース、メッセージ ブローカー、分散システムでは、各インスタンスに独自の identity、独自の storage、および意味のある起動/シャットダウン順序が必要です。これが、StatefulSet が存在する理由です。

StatefulSet とデプロイメント__HTMLTAG_74___

デプロイメントを使用する場合

• ステートレス アプリケーション: Web サーバー、API サービス、マイクロサービス
• すべてのポッドはあらゆるリクエストを処理できます__HTMLTAG_81___
• 各ポッドに個別の永続ストレージは必要ありません
• 操作に影響を与えることなくポッドをランダムに交換可能

_StatefulSet を使用する場合

• アプリケーションには安定したネットワーク ID が必要です (ポッド名は変更されません)
• 各ポッドには独自の永続ストレージ (プライマリ、レプリカ-1、レプリカ-2)
が必要です
• 展開、スケーリング、削除の重要な順序__HTMLTAG_95___
• 予測可能な DNS 名に基づくピア検出
• ユースケース: PostgreSQL、MySQL クラスター、Redis クラスター、Kafka、Zookeeper、Elasticsearch

視覚的な比較

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StatefulSet の保証

安定したポッド ID

StatefulSet 内の各ポッドには、__HTMLTAG_108___{statefulset-name}-{ordinal} のパターンに従って名前が付けられます。序数は 0 から始まり、徐々に増加します。 Pod が削除されて再作成された場合でも、同じ ID を受け取ります (postgres-1 は常に postgres-1 です)。

ヘッドレス サービスによる安定したネットワーク ID

StatefulSet では、各ポッドの DNS エントリを作成するためにヘッドレス サービス (ClusterIP: なし) が必要です。ヘッドレス サービスでは、DNS はクラスター IP をポイントせず、ポッド IP を直接ポイントします。

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ヘッドレス サービスでは、DNS レコードが次のパターンに従って作成されます:

• postgres-0.postgres.production.svc.cluster.local
• postgres-1.postgres.production.svc.cluster.local
• postgres-2.postgres.production.svc.cluster.local

これにより、複雑なサービス検出を必要とせずに、Pod が相互に決定的に検索できるようになります。

StatefulSet: PostgreSQL の例

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StatefulSet: Redis クラスターの例

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StatefulSet: Strimzi 演算子を使用した Kafka

Strimzi の紹介

Kafka は Zookeeper (バージョン 3.x まで) に依存しており、多くの複雑な構成があるため、StatefulSet を使用して純粋な Kafka を実行するのは複雑です。 Strimzi Operator は、Kubernetes 上で Kafka クラスターをデプロイおよび管理し、複雑さを抽象化するのに役立つ特殊なオペレーターです。

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更新戦略

ローリングアップデート (デフォルト)

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_削除時戦略

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CloudNativePG: PostgreSQL の新しい標準

CloudNativePG を使用する理由

PostgreSQL 専用の StatefulSet では、ストリーミング レプリケーションのセットアップ、フェイルオーバー、バックアップ管理、監視など、依然として多くの手動作業が必要です。 CloudNativePG (CNPG) は、Kubernetes 上の PostgreSQL 向けに特別に設計された CNCF プロジェクト (Sandbox 2022、Incubating 2024) です。

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プレーンな StatefulSet の代わりに演算子を使用するのはどのような場合ですか?

StatefulSet Pure Match の場合:

• シンプルなアプリケーション、大規模データベースのような複雑な必要はありません__HTMLTAG_169___
• レプリケーションとフェイルオーバーを自分で管理するのに十分な専門知識をお持ちですか__HTMLTAG_171___
• 展開のあらゆる側面を最大限に制御する必要がある
• _アプリケーションには成熟した演算子がありません__HTMLTAG_175___

演算子が適切な場合:

• データベース/ステートフル システム コンプレックス: PostgreSQL、MySQL、Kafka、Elasticsearch
• 自動フェイルオーバー、バックアップ、復元が必要
• チームには特定のシステムに関する深い専門知識がありません
• _2 日目の操作を自動化したい (アップグレード、スケーリング、証明書)

推奨演算子 (2026)

• PostgreSQL: CloudNativePG (CNCF インキュベート) — 本番環境に対応したアクティブな開発
• MySQL: Oracle の MySQL Operator または MySQL 用 Percona Operator
• Kafka: Strimzi (CNCF Incubating) — 成熟した、機能豊富
• Redis: OpsTree または Spotahome による Redis オペレーター
• Elasticsearch/OpenSearch: ECK (Elastic Cloud on Kubernetes) または OpenSearch Operator
• MongoDB: MongoDB コミュニティ オペレーター

概要__HTMLTAG_218___

StatefulSet は、Kubernetes のステートフル ワークロードに不可欠なツールですが、純粋な StatefulSet をいつ使用するか、および Operator をいつ使用するかを理解することが重要です:

• StatefulSet は、安定した ID、順序付けされた操作、ポッドごとの永続ストレージを保証します — ステートフル アプリに必要なもの__HTMLTAG_225___
• ヘッドレス サービスは、ピア検出用のDNSレコードを作成する必要があります
• volumeClaimTemplates 各ポッドのプライベート PVC が自動的に作成されます - 共有ストレージはありません
• 順序付けられた展開/削除:展開時は0→N、スケールダウン時はN→0 — 分散システムの安全性を確保__HTMLTAG_237___
• _パーティションのローリング更新 により、StatefulSet を使用したカナリア デプロイが可能
• CloudNativePG は、2026 年の K8 での PostgreSQL 運用に最適な標準です
• 複雑なデータベースの場合、__HTMLTAG_247___オペレーター時間を大幅に節約し、運用リスクを軽減__HTMLTAG_249___