Što su StatefulSetovi, PersistentVolumeovi/Claimovi i kako pokrenuti stateful workloadove na Kubernetesu?

Question

IT Interview Practice · Accepted Answer

Stateful workloadovi (baze podataka, redovi, klasterizirani storeovi) trebaju **stabilan identitet** i **trajni storage** — stvari koje Deployment ne pruža. **StatefulSet** daje Podovima stabilna imena i uređeni životni ciklus; **PersistentVolumeovi (PV)** i **PersistentVolumeClaimovi (PVC)** daju im storage koji nadživljava Pod.

## Zašto Deploymenti nisu dovoljni

```text
Deployment Pods are INTERCHANGEABLE: random names (web-7f9-abc), any order, share
nothing per-Pod. That's perfect for stateless apps — but a database replica needs:
  → a STABLE network identity (so peers can find it: db-0, db-1, db-2)
  → its OWN durable disk that survives restarts/rescheduling
  → ORDERED, controlled startup/scaling (bring up db-0 before db-1)
StatefulSet provides exactly these.
```

## Jamstva StatefulSeta

```text
Stable NAMES     → pod-0, pod-1, pod-2 (ordinal, not random)
Stable DNS       → db-0.db.default.svc... via a headless Service
Stable STORAGE   → each Pod gets its OWN PVC (db-0 keeps its disk across restarts)
Ordered ops      → create/scale up in order 0,1,2…; terminate in reverse
```

## Trajni storage: PV, PVC, StorageClass

```text
StorageClass → the "how to provision" template (e.g. AWS gp3, fast-ssd)
PVC          → a REQUEST for storage ("I need 20Gi, ReadWriteOnce")   ← app-facing
PV           → the ACTUAL provisioned volume bound to the PVC          ← cluster-facing
Dynamic provisioning: a PVC referencing a StorageClass auto-creates a matching PV.

App → PVC → (StorageClass provisions) → PV → real disk (EBS, PD, Ceph, NFS…)
```

## StatefulSet sa storageom po Podu

```yaml
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: db
spec:
  serviceName: db            # headless Service za stabilan DNS
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels: { app: db }
  template:
    metadata:
      labels: { app: db }
    spec:
      containers:
        - name: db
          image: postgres:16
          ports: [{ containerPort: 5432 }]
          volumeMounts:
            - name: data
              mountPath: /var/lib/postgresql/data
  volumeClaimTemplates:      # svaki Pod dobiva SVOJ PVC/PV iz ovog predloška
    - metadata:
        name: data
      spec:
        accessModes: [ReadWriteOnce]
        storageClassName: fast-ssd
        resources:
          requests: { storage: 20Gi }
```

```yaml
# Headless Service koji daje stabilan DNS po Podu (db-0.db, db-1.db, …)
apiVersion: v1
kind: Service
metadata: { name: db }
spec:
  clusterIP: None            # headless
  selector: { app: db }
  ports: [{ port: 5432 }]
```

## Načini pristupa i napomene

```text
ReadWriteOnce (RWO)  → mounted read-write by ONE node (most block storage: EBS/PD)
ReadOnlyMany (ROX)   → read-only by many nodes
ReadWriteMany (RWX)  → read-write by many nodes (needs NFS/CephFS/EFS)
⚠ Deleting a StatefulSet does NOT delete its PVCs by default (data is preserved).
⚠ Reclaim policy (Retain/Delete) decides what happens to the PV when the PVC is removed.
⚠ Kubernetes gives identity+storage, but app-level clustering/replication is YOUR job
  (often via an Operator, e.g. for Postgres/Kafka).
```

```bash
kubectl get statefulset,pvc,pv
kubectl get pods -l app=db      # db-0, db-1, db-2 (stabilno, uređeno)
```

## Zašto je to važno

Ispravno pokretanje stateful workloadova jedan je od težih dijelova Kubernetesa, pa je razumijevanje StatefulSetova i trajnog storagea znanje senior razine sa stvarnim produkcijskim posljedicama. Jezgreni uvid je *zašto* Deploymenti ne zadovoljavaju: njihovi Podovi su zamjenjivi (nasumična imena, bilo koji redoslijed, bez stanja po Podu), što je idealno za stateless servise, ali pogrešno za baze podataka i klasterizirane storeove kojima treba **stabilan identitet** (da bi se članovi mogli pronaći `db-0`, `db-1`, `db-2` preko DNS-a), **vlastiti trajni disk** koji preživljava restarte i ponovno raspoređivanje te **uređeno, kontrolirano** pokretanje i skaliranje. **StatefulSet** pruža upravo ta jamstva i uparuje se sa storage apstrakcijama: **PersistentVolumeClaim** je zahtjev za storageom okrenut aplikaciji, **PersistentVolume** je stvarni dodijeljeni volumen, a **StorageClass** omogućuje dinamičko dodjeljivanje — pri čemu `volumeClaimTemplates` daje svakom Podu vlastiti PVC/PV. Napomene su mjesto gdje senior inženjeri zarađuju svoju vrijednost: **načini pristupa** (RWO naspram RWX i koji ih backendovi podržavaju), činjenica da brisanje StatefulSeta zadano **čuva njegove PVC-ove**, **reclaim policy** koja upravlja sudbinom PV-a i — presudno — da Kubernetes pruža identitet i storage, ali **replikacija i klasteriranje na razini aplikacije ostaju vaša odgovornost**, često delegirani Operatoru. Budući da su trajnost podataka i ispravno stateful ponašanje neoprostivi (greške znače gubitak podataka ili split-brain), ovladavanje StatefulSetovima, PV-ovima/PVC-ovima i njihovim napomenama temeljno je za pouzdano pokretanje baza podataka i drugih stateful sustava na Kubernetesu.

Zašto Deploymenti nisu dovoljni

Jamstva StatefulSeta

Trajni storage: PV, PVC, StorageClass

StatefulSet sa storageom po Podu

Načini pristupa i napomene

Zašto je to važno

Povezana pitanja