[云原生] k8s之存储卷

news/2024/5/14 10:39:08

一、emptyDir存储卷 

当Pod被分配给节点时，首先创建emptyDir卷，并且只要该Pod在该节点上运行，该卷就会存在。正如卷的名字所述，它最初是空的。Pod 中的容器可以读取和写入emptyDir卷中的相同文件，尽管该卷可以挂载到每个容器中的相同或不同路径上。当出于任何原因从节点中删除 Pod 时，emptyDir中的数据将被永久删除。

 emptyDir可实现Pod中的容器之间共享目录数据，但是emptyDir卷不能持久化数据，会随着Pod生命周期结束而一起删除。

mkdir /opt/volumes
cd /opt/volumesvim pod-emptydir.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: pod-emptydirnamespace: defaultlabels:app: myapptier: frontend
spec:containers:- name: myappimage: nginx:1.14imagePullPolicy: IfNotPresentports:- name: httpcontainerPort: 80#定义容器挂载内容volumeMounts:#使用的存储卷名称，如果跟下面volume字段name值相同，则表示使用volume的这个存储卷- name: html#挂载至容器中哪个目录mountPath: /usr/share/nginx/html/- name: busyboximage: busybox:latestimagePullPolicy: IfNotPresentvolumeMounts:- name: html#在容器内定义挂载存储名称和挂载路径mountPath: /data/command: ['/bin/sh','-c','while true;do echo $(date) >> /data/index.html;sleep 2;done']#定义存储卷volumes:#定义存储卷名称  - name: html#定义存储卷类型emptyDir: {}kubectl apply -f pod-emptydir.yaml

 

二、hostPath存储卷 

hostPath卷将 node 节点的文件系统中的文件或目录挂载到集群中。
hostPath可以实现持久存储，但是在node节点故障时，也会导致数据的丢失 

把Node节点上的目录/文件挂载到容器中，可实现持久化数据存储。但是存储空间会受到Node节点的单机限制，Node节点故障数据就会丢失，且Pod不能实现跨节点共享数据 

//在 node01 节点上创建挂载目录
mkdir -p /data/pod/volume1
echo 'this is node01' > /data/pod/volume1/index.html//在 node02 节点上创建挂载目录
mkdir -p /data/pod/volume1
echo 'this is node02' > /data/pod/volume1/index.html//创建 Pod 资源
vim pod-hostpath.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: pod-hostpathnamespace: default
spec:containers:- name: myappimage: ikubernetes/myapp:v1#定义容器挂载内容volumeMounts:#使用的存储卷名称，如果跟下面volume字段name值相同，则表示使用volume的这个存储卷- name: html#挂载至容器中哪个目录mountPath: /usr/share/nginx/html#读写挂载方式，默认为读写模式falsereadOnly: false#volumes字段定义了paues容器关联的宿主机或分布式文件系统存储卷volumes:#存储卷名称- name: html#路径，为宿主机存储路径hostPath:#在宿主机上目录的路径path: /data/pod/volume1#定义类型，这表示如果宿主机没有此目录则会自动创建type: DirectoryOrCreatekubectl apply -f pod-hostpath.yaml

三、nfs共享存储卷 

 使用nfs服务将共享存储设备空间挂载到容器中，可实现持久化数据存储，且Pod能实现跨节点共享数据 

//在stor01节点上安装nfs，并配置nfs服务
mkdir /data/volumes -p
chmod 777 /data/volumesvim /etc/exports
/data/volumes 192.168.73.0/24(rw,no_root_squash)systemctl start rpcbind
systemctl start nfsshowmount -e
Export list for stor01:
/data/volumes 192.168.73.0/24//master节点操作
vim pod-nfs-vol.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: pod-vol-nfsnamespace: default
spec:containers:- name: myappimage: ikubernetes/myapp:v1volumeMounts:- name: htmlmountPath: /usr/share/nginx/htmlvolumes:- name: htmlnfs:path: /data/volumesserver: 192.168.136.160kubectl apply -f pod-nfs-vol.yaml

 

四、PVC 和 PV的静态存储卷 

4.1 pv和pvc的介绍 

 PV 全称叫做 Persistent Volume，持久化存储卷。它是用来描述或者说用来定义一个存储卷的，这个通常都是由运维工程师来定义。

PVC 的全称是 Persistent Volume Claim，是持久化存储的请求。它是用来描述希望使用什么样的或者说是满足什么条件的 PV 存储。

PVC 的使用逻辑：在 Pod 中定义一个存储卷（该存储卷类型为 PVC），定义的时候直接指定大小，PVC 必须与对应的 PV 建立关系，PVC 会根据配置的定义去 PV 申请，而 PV 是由存储空间创建出来的。PV 和 PVC 是 Kubernetes 抽象出来的一种存储资源。
PV是集群中的资源。 PVC是对这些资源的请求，也是对资源的索引检查。 

4.2 pvc 和pv的创建过程及销毁过程

 PV和PVC之间的相互作用遵循这个生命周期：
Provisioning（配置）---> Binding（绑定）---> Using（使用）---> Releasing（释放） ---> Recycling（回收）

 ●Provisioning，即 PV 的创建，可以直接创建 PV（静态方式），也可以使用 StorageClass 动态创建
●Binding，将 PV 分配给 PVC
●Using，Pod 通过 PVC 使用该 Volume，并可以通过准入控制StorageProtection（1.9及以前版本为PVCProtection） 阻止删除正在使用的 PVC
●Releasing，Pod 释放 Volume 并删除 PVC
●Reclaiming，回收 PV，可以保留 PV 以便下次使用，也可以直接从云存储中删除

根据这 5 个阶段，PV 的状态有以下 4 种：
●Available（可用）：表示可用状态，还未被任何 PVC 绑定
●Bound（已绑定）：表示 PV 已经绑定到 PVC
●Released（已释放）：表示 PVC 被删掉，但是资源尚未被集群回收
●Failed（失败）：表示该 PV 的自动回收失败

 一个PV从创建到销毁的具体流程如下：

  1. 一个PV创建完后状态会变成Available，等待被PVC绑定。
  2. 一旦被PVC邦定，PV的状态会变成Bound，就可以被定义了相应PVC的Pod使用。
  3. Pod使用完后会释放PV，PV的状态变成Released。
  4. 变成Released的PV会根据定义的回收策略做相应的回收工作。有三种回收策略，Retain、Delete和Recycle。Retain就是保留现场，K8S集群什么也不做，等待用户手动去处理PV里的数据，处理完后，再手动删除PV。Delete策略，K8S会自动删除该PV及里面的数据。Recycle方式，K8S会将PV里的数据删除，然后把PV的状态变成Available，又可以被新的PVC绑定使用。 

4.3 对pv的操作解释

kubectl explain pv    #查看pv的定义方式
FIELDS:
    apiVersion: v1
    kind: PersistentVolume
    metadata:    #由于 PV 是集群级别的资源，即 PV 可以跨 namespace 使用，所以 PV 的 metadata 中不用配置 namespace
      name: 
    spec
    
kubectl explain pv.spec    #查看pv定义的规格
spec:
  nfs:（定义存储类型）
    path:（定义挂载卷路径）
    server:（定义服务器名称）
  accessModes:（定义访问模型，有以下三种访问模型，以列表的方式存在，也就是说可以定义多个访问模式）
    - ReadWriteOnce          #（RWO）存储可读可写，但只支持被单个 Pod 挂载
    - ReadOnlyMany           #（ROX）存储可以以只读的方式被多个 Pod 挂载
    - ReadWriteMany          #（RWX）存储可以以读写的方式被多个 Pod 共享
#nfs 支持全部三种；iSCSI 不支持 ReadWriteMany（iSCSI 就是在 IP 网络上运行 SCSI 协议的一种网络存储技术）；HostPath 不支持 ReadOnlyMany 和 ReadWriteMany。
  capacity:（定义存储能力，一般用于设置存储空间）
    storage: 2Gi （指定大小）
  storageClassName: （自定义存储类名称，此配置用于绑定具有相同类别的PVC和PV）
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain    #回收策略（Retain/Delete/Recycle）
#Retain（保留）：当删除与之绑定的PVC时候，这个PV被标记为released（PVC与PV解绑但还没有执行回收策略）且之前的数据依然保存在该PV上，但是该PV不可用，需要手动来处理这些数据并删除该PV。
#Delete（删除）：删除与PV相连的后端存储资源（只有 AWS EBS, GCE PD, Azure Disk 和 Cinder 支持）
#Recycle（回收）：删除数据，效果相当于执行了 rm -rf /thevolume/* （只有 NFS 和 HostPath 支持）
 
kubectl explain pvc   #查看PVC的定义方式
KIND:     PersistentVolumeClaim
VERSION:  v1
FIELDS:
   apiVersion    <string>
   kind    <string>  
   metadata    <Object>
   spec    <Object>
 
#PV和PVC中的spec关键字段要匹配，比如存储（storage）大小、访问模式（accessModes）、存储类名称（storageClassName）
kubectl explain pvc.spec
spec:
  accessModes: （定义访问模式，必须是PV的访问模式的子集）
  resources:
    requests:
      storage: （定义申请资源的大小）
  storageClassName: （定义存储类名称，此配置用于绑定具有相同类别的PVC和PV）

4.4 静态创建pv和pvc资源由pod运用过程

 如图所示我们将选择一台k8s集群之外的服务器作为NFS共享存储服务器，并且按照图中的规格

创建pv，再由k8s集群创建pv资源和pvc资源，最后将其挂载在pod上进行使用

步骤一：在NFS主机上创建共享目录，并且进行exportfs发布 
#创建共享目录
mkdir -p /data/vulumes/v{1..5}
#进行exports共项目录的编辑
vim /etc/exports
/data/vulumes/v1 192.168.136.0/24(rw,sync,no_root_squash)
/data/vulumes/v2 192.168.73.0/24(rw,sync,no_root_squash)
/data/vulumes/v3 192.168.73.0/24(rw,sync,no_root_squash)
/data/vulumes/v4 192.168.73.0/24(rw,sync,no_root_squash)
/data/vulumes/v5 192.168.73.0/24(rw,sync,no_root_squash)
#发布共享目录
exportfs -avf

步骤二：在master主机编写pv资源创建yaml  
showmount -e 192.168.136.160

vim pv-demo.yaml
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:name: pv0001
spec:capacity:storage: 1GivolumeMode: FilesystemaccessModes:- ReadWriteOnce- ReadWriteManypersistentVolumeReclaimPolicy: Recyclenfs:path: /data/vulumes/v1server: 192.168.73.108
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:name: pv0002
spec:capacity:storage: 2GivolumeMode: FilesystemaccessModes:- ReadWriteOncepersistentVolumeReclaimPolicy: Recyclenfs:path: /data/vulumes/v2server: 192.168.73.108
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:name: pv0003
spec:capacity:storage: 2GivolumeMode: FilesystemaccessModes:- ReadWriteOnce- ReadWriteManypersistentVolumeReclaimPolicy: Recyclenfs:path: /data/vulumes/v3server: 192.168.73.108
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:name: pv0004
spec:capacity:storage: 4GivolumeMode: FilesystemaccessModes:- ReadWriteOnce- ReadWriteManypersistentVolumeReclaimPolicy: Recyclenfs:path: /data/vulumes/v4server: 192.168.73.108
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:name: pv0005
spec:capacity:storage: 5GivolumeMode: FilesystemaccessModes:- ReadWriteOnce- ReadWriteManypersistentVolumeReclaimPolicy: Recyclenfs:path: /data/vulumes/v5server: 192.168.73.108kubectl apply -f pv-demo.yaml

步骤三：创建pvc资源，并且设置匹配绑定相应的pv  
vim pvc-demo.yamlapiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:name: myclaim
spec:accessModes:- ReadWriteManyresources:requests:storage: 2Gikubectl apply -f pvc-demo.yaml

步骤四：创建pod，挂载共享卷，并且进行共享目录写入测试  
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: mypod
spec:containers:- name: myappimage: nginx:1.14volumeMounts:- mountPath: "/usr/share/nginx/html"name: mypdvolumes:- name: mypdpersistentVolumeClaim:claimName: myclaimkubectl apply -f pod-demo.yaml

五、StorageClass + nfs-client-provisioner搭建动态创建pv 

5.1  StorageClass + nfs-client-provisioner的理解


上面介绍的PV和PVC模式是需要运维人员先创建好PV，然后开发人员定义好PVC进行一对一的Bond，但是如果PVC请求成千上万，那么就需要创建成千上万的PV，对于运维人员来说维护成本很高，Kubernetes提供一种自动创建PV的机制，叫StorageClass，它的作用就是创建PV的模板。

创建 StorageClass 需要定义 PV 的属性，比如存储类型、大小等；另外创建这种 PV 需要用到的存储插件，比如 Ceph 等。 有了这两部分信息，Kubernetes 就能够根据用户提交的 PVC，找到对应的 StorageClass，然后 Kubernetes 就会调用 StorageClass 声明的存储插件，自动创建需要的 PV 并进行绑定。
Kubernetes 本身支持的动态 PV 创建不包括 NFS，所以需要使用外部存储卷插件分配PV。详见：

存储类 | Kubernetes本文描述了 Kubernetes 中 StorageClass 的概念。 建议先熟悉卷和持久卷的概念。StorageClass 为管理员提供了描述存储"类"的方法。 不同的类型可能会映射到不同的服务质量等级或备份策略，或是由集群管理员制定的任意策略。 Kubernetes 本身并不清楚各种类代表的什么。这个类的概念在其他存储系统中有时被称为"配置文件"。StorageClass API 每个 StorageClass 都包含 provisioner、parameters 和 reclaimPolicy 字段， 这些字段会在 StorageClass 需要动态制备 PersistentVolume 时会使用到。StorageClass 对象的命名很重要，用户使用这个命名来请求生成一个特定的类。 当创建 StorageClass 对象时，管理员设置 StorageClass 对象的命名和其他参数。管理员可以为没有申请绑定到特定 StorageClass 的 PVC 指定一个默认的存储类： 更多详情请参阅 PersistentVolumeClaim 章节。apiVersion: storage.k8s.io/v1 kind: StorageClass metadata: name: standard provisioner: kubernetes.io/aws-ebs parameters: type: gp2 reclaimPolicy: Retain allowVolumeExpansion: true mountOptions: - debug volumeBindingMode: Immediate 默认 StorageClass 当一个 PVC 没有指定 storageClassName 时，会使用默认的 StorageClass。 集群中只能有一个默认的 StorageClass。如果不小心设置了多个默认的 StorageClass， 在动态制备 PVC 时将使用其中最新的默认设置的 StorageClass。icon-default.png?t=N7T8https://kubernetes.io/zh/docs/concepts/storage/storage-classes/卷插件称为 Provisioner（存储分配器），NFS 使用的是 nfs-client，这个外部卷插件会使用已经配置好的 NFS 服务器自动创建 PV。
Provisioner：用于指定 Volume 插件的类型，包括内置插件（如 kubernetes.io/aws-ebs）和外部插件（如 external-storage 提供的 ceph.com/cepfs）。

5.2 具体的操作运用 

步骤一：在stor01节点上安装nfs，并配置nfs服务
mkdir /opt/k8s
chmod 777 /opt/k8s/vim /etc/exports
/opt/k8s 192.168.73.0/24(rw,no_root_squash,sync)systemctl restart nfs

步骤二：创建 Service Account，用来管理 NFS Provisioner 在 K8s集群中运行的权限和动态规则 

vim nfs-client-rbac.yaml
#创建 Service Account 账户，用来管理 NFS Provisioner 在 k8s 集群中运行的权限
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:name: nfs-client-provisioner
---
#创建集群角色
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRole
metadata:name: nfs-client-provisioner-clusterrole
rules:- apiGroups: [""]resources: ["persistentvolumes"]verbs: ["get", "list", "watch", "create", "delete"]- apiGroups: [""]resources: ["persistentvolumeclaims"]verbs: ["get", "list", "watch", "update"]- apiGroups: ["storage.k8s.io"]resources: ["storageclasses"]verbs: ["get", "list", "watch"]- apiGroups: [""]resources: ["events"]verbs: ["list", "watch", "create", "update", "patch"]- apiGroups: [""]resources: ["endpoints"]verbs: ["create", "delete", "get", "list", "watch", "patch", "update"]
---
#集群角色绑定
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:name: nfs-client-provisioner-clusterrolebinding
subjects:
- kind: ServiceAccountname: nfs-client-provisionernamespace: default
roleRef:kind: ClusterRolename: nfs-client-provisioner-clusterroleapiGroup: rbac.authorization.k8s.iokubectl apply -f nfs-client-rbac.yaml

步骤三：使用 Deployment 来创建 NFS Provisioner  

vim /etc/kubernetes/manifests/kube-apiserver.yaml
spec:containers:- command:- kube-apiserver- --feature-gates=RemoveSelfLink=false       #添加这一行- --advertise-address=192.168.73.105
......kubectl apply -f /etc/kubernetes/manifests/kube-apiserver.yaml
kubectl delete pods kube-apiserver -n kube-system 
kubectl get pods -n kube-system | grep apiserver
#创建 NFS Provisioner
vim nfs-client-provisioner.yaml
kind: Deployment
apiVersion: apps/v1
metadata:name: nfs-client-provisioner
spec:replicas: 1selector:matchLabels:app: nfs-client-provisionerstrategy:type: Recreatetemplate:metadata:labels:app: nfs-client-provisionerspec:serviceAccountName: nfs-client-provisioner   	  #指定Service Account账户containers:- name: nfs-client-provisionerimage: quay.io/external_storage/nfs-client-provisioner:latestimagePullPolicy: IfNotPresentvolumeMounts:- name: nfs-client-rootmountPath: /persistentvolumesenv:- name: PROVISIONER_NAMEvalue: nfs-storage       #配置provisioner的Name，确保该名称与StorageClass资源中的provisioner名称保持一致- name: NFS_SERVERvalue: stor01           #配置绑定的nfs服务器- name: NFS_PATHvalue: /opt/k8s          #配置绑定的nfs服务器目录volumes:              #申明nfs数据卷- name: nfs-client-rootnfs:server: stor01path: /opt/k8skubectl apply -f nfs-client-provisioner.yaml

步骤四：创建 StorageClass，负责建立 PVC 并调用 NFS provisioner 进行预定的工作，并让 PV 与 PVC 建立关联 

vim nfs-client-storageclass.yaml
apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:name: nfs-client-storageclass
provisioner: nfs-storage     #这里的名称要和provisioner配置文件中的环境变量PROVISIONER_NAME保持一致
parameters:archiveOnDelete: "false"   #false表示在删除PVC时不会对数据目录进行打包存档，即删除数据；为ture时就会自动对数据目录进行打包存档，存档文件以archived开头kubectl apply -f nfs-client-storageclass.yaml

步骤五： 创建 PVC 和 Pod 测试 

vim test-pvc-pod.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:name: test-nfs-pvc#annotations: volume.beta.kubernetes.io/storage-class: "nfs-client-storageclass"     #另一种SC配置方式
spec:accessModes:- ReadWriteManystorageClassName: nfs-client-storageclass    #关联StorageClass对象resources:requests:storage: 1Gi
---
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: test-storageclass-pod
spec:containers:- name: busyboximage: busybox:latestimagePullPolicy: IfNotPresentcommand:- "/bin/sh"- "-c"args:- "sleep 3600"volumeMounts:- name: nfs-pvcmountPath: /mntrestartPolicy: Nevervolumes:- name: nfs-pvcpersistentVolumeClaim:claimName: test-nfs-pvc      #与PVC名称保持一致kubectl apply -f test-pvc-pod.yaml

nfs主机中： 

总结： 

创建PV的方式：
手动根据PV资源的配置模板静态的方式创建PV
根据PVC的配置模板通过引用StorageClass(简称SC)资源调用存储卷插件来动态的方式创建PV


PV的4个状态：
Available（可用）：表示为可用状态，此时PV已经被创建出来了，但还未被PVC绑定
Bound（已绑定）：表示PV已经与PVC绑定了（PV与PVC是一对一的绑定关系），此时PVC可以被Pod使用
Released（已释放）：表示PVC被删除了，但PV还没被回收
Failed（失败）：表示PV被自动回收失败


静态创建PV的步骤：
1）准备好存储设备和共享目录
2）准备创建PV资源的配置文件，定义访问模式(ReadWriteOnce、ReadOnlyMany、ReadWriteMany、ReadWriteMany)、存储空间大小、回收策略（Retain、Recycle、Delete）、存储设备类型、storageClassName等
3）准备创建PVC资源的配置文件，定义访问模式(必要条件，必须是PV支持的访问模式)、存储空间大小(默认就近选择大于等于指定大小的PV)、storageClassName等来绑定PV
4）创建Pod资源挂载PVC存储卷，定义卷类型为persistentVolumeClaim，并在容器配置中定义存储卷挂载点路径


动态创建PV的步骤：
1）准备好存储设备和共享目录
2）如果是外置存储卷插件，需要先创建serviceaccount账户(Pod使用访问apiserver使用的账户)和RBAC授权(创建角色授予相关资源对象的操作权限，再将账户与角色绑定)，使得serviceaccount账户具有对PV、PVC、StorageClass等资源的操作权限
3）准备创建外置存储插件Pod资源的配置文件，定义serviceaccount账户作为Pod的用户，并设置相关的环境变量(比如存储插件名称等)
4）创建StorageClass资源，provisioner要设置为存储插件名称
------------------------以上操作是一劳永逸的，之后只需要创建PVC资源引用StorageClass就可以自动调用存储卷插件动态创建PV资源------------------------
5）准备创建PVC资源的配置文件，定义访问模式、存储空间大小、storageClassName设置为StorageClass资源名称等来动态创建PV资源并绑定PV
6）创建Pod资源挂载PVC存储卷，定义卷类型为persistentVolumeClaim，并在容器配置中定义存储卷挂载点路径

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