K8S-存储卷，pv，pvc

Riky122023-09-25 8:06

pv，pvc

一、emptyDir存储卷

1.概述

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。

2.示例

mkdir /opt/volumes
cd /opt/volumes

vim pod-emptydir.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-emptydir
  namespace: default
  labels:
    app: myapp
    tier: frontend
spec:
  containers:
  - name: myapp
    image: ikubernetes/myapp:v1
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    ports:
    - name: http
      containerPort: 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: busybox
    image: busybox:latest
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    volumeMounts:
    - 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

kubectl get pods -o wide
NAME           READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-emptydir   2/2     Running   0          36s   10.244.2.18   node02   <none>           <none>

（1）在上面定义了2个容器，其中一个容器是输入日期到index.html中，然后验证访问nginx的html是否可以获取日期。以验证两个容器之间挂载的emptyDir实现共享。

curl 10.244.2.18

二、hostPath存储卷

1.概述

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。

（1）在 node01 节点上创建挂载目录

mkdir -p /data/pod/volume1
echo 'node01.exo.com' > /data/pod/volume1/index.html

（2）在 node02 节点上创建挂载目录

mkdir -p /data/pod/volume1
echo 'node02.exo.com' > /data/pod/volume1/index.html

（3）创建 Pod 资源

vim pod-hostpath.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-hostpath
  namespace: default
spec:
  containers:
  - name: myapp
    image: 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false
	  readOnly: 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: DirectoryOrCreate


kubectl apply -f pod-hostpath.yaml

（4）访问测试

kubectl get pods -o wide
NAME           READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-hostpath   2/2     Running   0          37s   10.244.2.19   node02   <none>           <none>

curl 10.244.2.19
node02.exo.com

（5）删除pod，再重建，验证是否依旧可以访问原来的内容

kubectl delete -f pod-hostpath.yaml  
kubectl apply -f pod-hostpath.yaml 

kubectl get pods -o wide
NAME           READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-hostpath   2/2     Running   0          36s   10.244.2.20   node02   <none>           <none>

curl  10.244.2.20 
node02.exo.com

三、nfs共享存储卷

1.在stor01节点上安装nfs，并配置nfs服务

rpm -q nfs-utils rpcbind
yum -y install nfs-utils rpcbind
mkdir /data/volumes -p
chmod 777 /data/volumes
vim /etc/hosts #做主机映射（所有节点）
192.168.174.16 stor01

vim /etc/exports
/data/volumes 192.168.174.0/24(rw,no_root_squash)

systemctl start rpcbind
systemctl start nfs

showmount -e
Export list for stor01:
/data/volumes 192.168.174.0/24

2.master节点操作

vim pod-nfs-vol.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-vol-nfs
  namespace: default
spec:
  containers:
  - name: myapp
    image: ikubernetes/myapp:v1
    volumeMounts:
    - name: html
      mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumes:
    - name: html
      nfs:
        path: /data/volumes
        server: stor01


kubectl apply -f pod-nfs-vol.yaml

kubectl get pods -o wide
NAME                     READY     STATUS    RESTARTS   AGE       IP            NODE
pod-vol-nfs              1/1       Running   0          21s       10.244.2.15   node02

3.在nfs服务器上创建index.html

cd /data/volumes
vim index.html
<h1> nfs stor01</h1>

4.master节点操作

curl 10.244.2.15
<h1> nfs stor01</h1>

kubectl delete -f pod-nfs-vol.yaml   #删除nfs相关pod，再重新创建，可以得到数据的持久化存储

kubectl apply -f pod-nfs-vol.yaml


nas gfs  ceph san

四、PVC 和 PV

1.概述

（1）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。

（2）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。

（3）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。

2.PV和PVC之间的相互作用遵循的生命周期

Provisioning（配置）---> Binding（绑定）---> Using（使用）---> Releasing（释放） ---> Recycling（回收）

（1）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

（2）Binding，将 PV 分配给 PVC

（3）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

（4）Releasing，Pod 释放 Volume 并删除 PVC

（5）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

3.一个PV从创建到销毁的具体流程

（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.NFS使用PV和PVC

（1）配置nfs存储

mkdir v{1,2,3,4,5}

vim /etc/exports
/data/volumes/v1 192.168.174.0/24(rw,no_root_squash)
/data/volumes/v2 192.168.174.0/24(rw,no_root_squash)
/data/volumes/v3 192.168.174.0/24(rw,no_root_squash)
/data/volumes/v4 192.168.174.0/24(rw,no_root_squash)
/data/volumes/v5 192.168.174.0/24(rw,no_root_squash)

exportfs -arv

showmount -e

官方文档：https://kubernetes.io/zh-cn/docs/tasks/configure-pod-container/configure-persistent-volume-storage/#create-a-persistentvolume

（2）定义PV，这里定义5个PV，并且定义挂载的路径以及访问模式，还有PV划分的大小。

vim pv-demo.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv001
  labels:
    name: pv001
spec:
  nfs:
    path: /data/volumes/v1
    server: stor01                                                                                                                                                                                                                   
  accessModes: ["ReadWriteMany","ReadWriteOnce"]
  capacity:
    storage: 1Gi
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv002
  labels:
    name: pv002
spec:
  nfs:
    path: /data/volumes/v2
    server: stor01
  accessModes: ["ReadWriteOnce"]
  capacity:
    storage: 2Gi
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv003
  labels:
    name: pv003
spec:
  nfs:
    path: /data/volumes/v3
    server: stor01
  accessModes: ["ReadWriteMany","ReadWriteOnce"]
  capacity:
    storage: 2Gi
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv004
  labels:
    name: pv004
spec:
  nfs:
    path: /data/volumes/v4
    server: stor01
  accessModes: ["ReadWriteMany","ReadWriteOnce"]
  capacity:
    storage: 4Gi
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv005
  labels:
    name: pv005
spec:
  nfs:
    path: /data/volumes/v5
    server: stor01
  accessModes: ["ReadWriteMany","ReadWriteOnce"]
  capacity:
    storage: 5Gi


kubectl apply -f pv-demo.yaml

kubectl get pv

（3）定义PVC，这里定义了pvc的访问模式为多路读写，该访问模式必须在前面pv定义的访问模式之中。定义PVC申请的大小为2Gi，此时PVC会自动去匹配多路读写且大小为2Gi的PV，匹配成功获取PVC的状态即为Bound

vim pod-vol-pvc.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: mypvc
  namespace: default
spec:
  accessModes: ["ReadWriteMany"]
  resources:
    requests:
      storage: 2Gi
---
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-vol-pvc
  namespace: default
spec:
  containers:
  - name: myapp
    image: ikubernetes/myapp:v1
    volumeMounts:
    - name: html
      mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumes:
    - name: html
      persistentVolumeClaim:
        claimName: mypvc


kubectl apply -f pod-vol-pvc.yaml

kubectl get pv

（4）测试访问，在存储服务器上创建index.html，并写入数据，通过访问Pod进行查看，可以获取到相应的页面。

cd /data/volumes/v3/
echo "bkpp is real" > index.html

kubectl get pods -o wide
pod-vol-pvc             1/1       Running   0          3m        10.244.1.10   k8s-node01

curl  10.244.1.10
bkpp is real

五、搭建 StorageClass + NFS，实现 NFS 的动态 PV 创建

1.概述

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：https://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/cephfs）。

2.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 192.168.174.0/24(rw,no_root_squash,sync)

systemctl restart nfs

3.创建 Service Account，用来管理 NFS Provisioner 在 k8s 集群中运行的权限，设置 nfs-client 对 PV，PVC，StorageClass 等的规则

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: ServiceAccount
  name: nfs-client-provisioner
  namespace: default
roleRef:
  kind: ClusterRole
  name: nfs-client-provisioner-clusterrole
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io


kubectl apply -f nfs-client-rbac.yaml

4.使用 Deployment 来创建 NFS Provisioner

（1）NFS Provisione(即 nfs-client)，有两个功能：一个是在 NFS 共享目录下创建挂载点(volume)，另一个则是将 PV 与 NFS 的挂载点建立关联。

（2）由于 1.20 版本启用了 selfLink，所以 k8s 1.20+ 版本通过 nfs provisioner 动态生成pv会报错，解决方法如下

vim /etc/kubernetes/manifests/kube-apiserver.yaml
spec:
  containers:
  - command:
    - kube-apiserver
    - --feature-gates=RemoveSelfLink=false       #添加这一行
    - --advertise-address=192.168.174.15
......

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

5.创建 NFS Provisioner

vim nfs-client-provisioner.yaml
kind: Deployment
apiVersion: apps/v1
metadata:
  name: nfs-client-provisioner
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: nfs-client-provisioner
  strategy:
    type: Recreate
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nfs-client-provisioner
    spec:
      serviceAccountName: nfs-client-provisioner   	  #指定Service Account账户
      containers:
        - name: nfs-client-provisioner
          image: quay.io/external_storage/nfs-client-provisioner:latest
          imagePullPolicy: IfNotPresent
          volumeMounts:
            - name: nfs-client-root
              mountPath: /persistentvolumes
          env:
            - name: PROVISIONER_NAME
              value: 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_SERVER
              value: stor01           #配置绑定的nfs服务器
            - name: NFS_PATH
              value: /opt/k8s          #配置绑定的nfs服务器目录
      volumes:              #申明nfs数据卷
        - name: nfs-client-root
          nfs:
            server: stor01
            path: /opt/k8s
	
	
kubectl apply -f nfs-client-provisioner.yaml 

kubectl get pod
NAME                                   READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nfs-client-provisioner-5d7df8dcc8-zxd4h  1/1     Running   0          14s

6.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时不会对数据进行存档，即删除数据
  
  
kubectl apply -f nfs-client-storageclass.yaml

kubectl get storageclass
NAME                      PROVISIONER   RECLAIMPOLICY   VOLUMEBINDINGMODE   ALLOWVOLUMEEXPANSION   AGE
nfs-client-storageclass   nfs-storage   Delete          Immediate           false                  43s

7.创建 PVC 和 Pod 测试

vim test-pvc-pod.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: test-nfs-pvc
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  storageClassName: nfs-client-storageclass    #关联StorageClass对象
  resources:
    requests:
      storage: 1Gi
---
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: test-storageclass-pod
spec:
  containers:
  - name: busybox
    image: busybox:latest
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    command:
    - "/bin/sh"
    - "-c"
    args:
    - "sleep 3600"
    volumeMounts:
    - name: nfs-pvc
      mountPath: /mnt
  restartPolicy: Never
  volumes:
  - name: nfs-pvc
    persistentVolumeClaim:
      claimName: test-nfs-pvc 
	  
	  
kubectl apply -f test-pvc-pod.yaml

（1）PVC 通过 StorageClass 自动申请到空间

kubectl get pvc
NAME            STATUS   VOLUME                                     CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS              AGE
test-nfs-pvc   Bound   pvc-89c82b90-d486-4e2b-99a4-17efd3c96ba3  1Gi        RWX            nfs-client-storageclass   2s

（2）查看 NFS 服务器上是否生成对应的目录，自动创建的 PV 会以 n a m e s p a c e − {namespace}- namespace−{pvcName}-${pvName} 的目录格式放到 NFS 服务器上

ls /opt/k8s/

（3）进入 Pod 在挂载目录 /mnt 下写一个文件，然后查看 NFS 服务器上是否存在该文件

kubectl exec -it test-storageclass-pod sh
/ # cd /mnt/
/mnt # echo 'I like kokopop' > test.txt

（4）发现 NFS 服务器上存在，说明验证成功

cat /opt/k8s/test.txt

六、总结

1.动态资源

（1）概念自动动态创建PV，不同设备支持的插件不一样，以NFS为例

（2）storage Class：动态创建PV的过程

storage Class+nfs-client-provisioner

  • 准备NFS共享服务器和共享目录
  • 创建sa服务账户，进行rbac资源的操作权限和授权
  • 创建nfs-client-provisioner存储卷插件（以pod的方式运行的），在配置中关联sa服务账户，使得存储卷插件获得相关的操作权限
  • 创建storageClass资源，配置中要关联存储的插件名称配置
    ------------以上过程是必须创建的，以后只需要创建PVC就可以动态的生成相关的PV资源（只要空间足够可以无限创建）
  • 创建PVC资源，配置中关联StorageClass资源的名称，此时会在NFS服务器上生成相关PV的共享目录，目录名包含（namespace_name) (PVC_name) (PV_name)格式命名
  • 创建pod资源存储卷类型设置成PVC名称，在容器配置中配置存储挂载
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