k8s持久化存储PV、PVC

目录

emptyDir存储卷

hostPath存储卷

nfs共享存储卷

[PVC 和 PV](#PVC 和 PV)

PV创建与销毁流程

NFS使用PV和PVC

[搭建 StorageClass + NFS,实现 NFS 的动态 PV 创建](#搭建 StorageClass + NFS,实现 NFS 的动态 PV 创建)


容器磁盘上的文件的生命周期是短暂的,这就使得在容器中运行重要应用时会出现一些问题。首先,当容器崩溃时,kubelet 会重启它,但是容器中的文件将丢失------容器以干净的状态(镜像最初的状态)重新启动。其次,在Pod中同时运行多个容器时,这些容器之间通常需要共享文件。Kubernetes 中的Volume抽象就很好的解决了这些问题。Pod中的容器通过Pause容器共享Volume。

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。

复制代码
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

//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。

复制代码
curl 10.244.2.3

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。

//在 node01 节点上创建挂载目录

复制代码
mkdir -p /data/pod/volume1
echo 'node01.my.com' > /data/pod/volume1/index.html

//在 node02 节点上创建挂载目录

复制代码
mkdir -p /data/pod/volume1
echo 'node02.my.com' > /data/pod/volume1/index.html

//创建 Pod 资源

复制代码
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

//访问测试

复制代码
kubectl get pods -o wide

curl 10.244.1.4

//删除pod,再重建,验证是否依旧可以访问原来的内容

复制代码
kubectl delete -f pod-hostpath.yaml  
kubectl apply -f pod-hostpath.yaml 

kubectl get pods -o wide

curl  10.244.1.5

nfs共享存储卷

//在stor01节点上安装nfs,并配置nfs服务

复制代码
hostnamectl set-hostname stor01

mkdir /data/volumes -p
chmod 777 /data/volumes
rpm -q rpcbind nfs-utils

vim /etc/exports
/data/volumes 20.0.0.0/24(rw,no_root_squash)

systemctl start rpcbind
systemctl start nfs
systemctl enable rpcbind nfs

kubectl apply -f pod-nfs-vol.yaml 
showmount -e

在node01和node02上

复制代码
showmount -e 20.0.0.104

在master节点操作

复制代码
vim pod-nfs-vol.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-nfs
  namespace: default
  labels:
    app: myapp
spec:
  containers:
  - name: myapp
    image: soscscs/myapp:v1
    volumeMounts:
    - name: xiaoma
      mountPath: /usr/share/nginx/html
      readOnly: false
  nodeSelector:
    kubernetes.io/hostname: node02
  volumes:
    - name: xiaoma
      nfs:
        path: /data/volumes
        server: 20.0.0.104


kubectl apply -f pod-nfs-vol.yaml

kubectl get pods -o wide

//在nfs服务器上创建index.html

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

//master节点操作

复制代码
测试:
curl 10.244.2.4

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

PVC 和 PV

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。

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。

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。

PV和PVC之间的相互作用遵循这个生命周期:

复制代码
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

PV创建与销毁流程

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。

在node01和node02上设置本地映射

复制代码
 cat>> /etc/hosts<<EOF
20.0.0.104 stor01
 EOF

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         注:官网
#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)

NFS使用PV和PVC

1、配置nfs存储

在sto01上创建

复制代码
mkdir v{1,2,3,4,5}

vim /etc/exports
/data/volumes/v1 20.0.10.0/24(rw,no_root_squash)
/data/volumes/v2 20.0.0.0/24(rw,no_root_squash)
/data/volumes/v3 20.0.0.0/24(rw,no_root_squash)
/data/volumes/v4 20.0.0.0/24(rw,no_root_squash)
/data/volumes/v5 20.0.0.0/24(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 (master上)

//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。

复制代码
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

#查看pv
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

复制代码
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

kubectl get pvc

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。

复制代码
cd /data/volumes/v3/
echo "welcome to use pv3" > index.html

kubectl get pods -o wide

curl  10.244.1.6

搭建 StorageClass + NFS,实现 NFS 的动态 PV 创建

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:

复制代码
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)。

1、在stor01节点上安装nfs,并配置nfs服务

复制代码
mkdir /opt/k8s
chmod 777 /opt/k8s/

vim /etc/exports
/opt/k8s 20.0.0.0/24(rw,no_root_squash,sync)

systemctl restart nfs

2、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

复制代码
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

3、使用 Deployment 来创建 NFS Provisioner

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。

#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:

复制代码
vim /etc/kubernetes/manifests/kube-apiserver.yaml
spec:
  containers:
  - command:
    - kube-apiserver
    - --feature-gates=RemoveSelfLink=false       #添加这一行
    - --advertise-address=192.168.80.20
......

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

先将nfs-client-provisioner.tar传入node01和node02加快镜像拉取速度

复制代码
docker load -i nfs-client-provisioner.tar 
scp nfs-client-provisioner.tar @20.0.0.103:/opt/

docker images 查看镜像

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

4、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

复制代码
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

5、创建 PVC 和 Pod 测试

复制代码
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      #与PVC名称保持一致
	  
	  
kubectl apply -f test-pvc-pod.yaml

//PVC 通过 StorageClass 自动申请到空间

复制代码
kubectl get pvc

//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

复制代码
ls /opt/k8s/

//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

复制代码
kubectl exec -it test-storageclass-pod sh
/ # cd /mnt/
/mnt # echo 'ceshiyixia' > test.txt

//发现 NFS 服务器上存在,说明验证成功

复制代码
cat /opt/k8s/default-test-nfs-pvc-pvc-8885e05c-bc65-4930-a2dc-dc3b42c38111/test.txt
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