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Kubernetes#xff08;K8s#xff09;中的存储卷是用于在容器之间共享数据的一种机制。存储卷可以在多个Pod之间共享数据#xff0c;并且可以保持数据的持久性#xff0c;即使Pod被重新调度或者删除#xff0c;数据也不会丢失。
Kubernetes支持多种类型的存储卷…一、前言
KubernetesK8s中的存储卷是用于在容器之间共享数据的一种机制。存储卷可以在多个Pod之间共享数据并且可以保持数据的持久性即使Pod被重新调度或者删除数据也不会丢失。
Kubernetes支持多种类型的存储卷包括空目录、主机路径、GCE持久磁盘、AWS EBS、Azure磁盘、NFS等。你可以根据自己的需求选择最适合的存储卷类型来存储和共享数据。
使用存储卷时你可以在Pod的配置中指定挂载点和存储卷的类型Kubernetes会确保所需的存储卷被正确挂载到Pod中。这样容器就可以通过挂载的存储卷来读写数据实现数据的共享和持久化存储。
总的来说Kubernetes的存储卷机制能够很好地支持容器之间的数据共享和持久化存储帮助你更好地管理应用程序的数据。
二、存储卷类型
1.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。
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 10.244.2.19 node02 none none //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 10.244.2.19 Thu May 27 18:17:11 UTC 2021 Thu May 27 18:17:13 UTC 2021 Thu May 27 18:17:15 UTC 2021 Thu May 27 18:17:17 UTC 2021 Thu May 27 18:17:19 UTC 2021 Thu May 27 18:17:21 UTC 2021 Thu May 27 18:17:23 UTC 2021
2.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 mkdir -p /data/pod/volume1 echo node01.kgc.com /data/pod/volume1/index.html
//在 node02 节点上创建挂载目录 mkdir -p /data/pod/volume1 echo node02.kgc.com /data/pod/volume1/index.html
//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
//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 10.244.2.35 node02 none none
curl 10.244.2.35 node02.kgc.com //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 10.244.2.37 node02 none none
curl 10.244.2.37 node02.kgc.com 3.nfs共享存储卷
//在stor01节点上安装nfs并配置nfs服务 mkdir /data/volumes -p chmod 777 /data/volumes
vim /etc/exports /data/volumes 192.168.88.12/24(rw,no_root_squash)
systemctl start rpcbind systemctl start nfs
showmount -e Export list for stor01: /data/volumes 192.168.88.12/24 //master节点操作 kind: Pod vim pod-nfs-vol.yaml apiVersion: v1 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 10.244.2.38 node02 //在nfs服务器上创建index.html cd /data/volumes vim index.html h1 nfs stor01/h1
//master节点操作 curl 10.244.2.38 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 三、PV和PVC
1.概念
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。 存储 存储工程师运维 PV k8s 管理员运维 PVC 用户维护
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。
2.生命周期
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 ●UsingPod 通过 PVC 使用该 Volume并可以通过准入控制StorageProtection1.9及以前版本为PVCProtection 阻止删除正在使用的 PVC ●ReleasingPod 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PVPV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。
3.回收策略
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 spce: nfs:定义存储类型 path:定义挂载卷路径 server:定义服定义访问模型务器名称 accessModes: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 ReadWriteManyiSCSI 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releasedPVC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.实验NFS使用PV和PVC
4.1配置nfs存储 mkdir v{1,2,3,4,5}
vim /etc/exports /data/volumes/v1 192.168.88.12/24(rw,no_root_squash) /data/volumes/v2 192.168.88.12/24(rw,no_root_squash) /data/volumes/v3 192.168.88.12/24(rw,no_root_squash) /data/volumes/v4 192.168.88.12/24(rw,no_root_squash) /data/volumes/v5 192.168.88.12/24(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 4.2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 NAME CAPACITY ACCESS MODES RECLAIM POLICY STATUS CLAIM STORAGECLASS REASON AGE pv001 1Gi RWO,RWX Retain Available 7s pv002 2Gi RWO Retain Available 7s pv003 2Gi RWO,RWX Retain Available 7s pv004 4Gi RWO,RWX Retain Available 7s pv005 5Gi RWO,RWX Retain Available 7s 4.3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 NAME CAPACITY ACCESS MODES RECLAIM POLICY STATUS CLAIM STORAGECLASS REASON AGE pv001 1Gi RWO,RWX Retain Available 19m pv002 2Gi RWO Retain Available 19m pv003 2Gi RWO,RWX Retain Bound default/mypvc 19m pv004 4Gi RWO,RWX Retain Available 19m pv005 5Gi RWO,RWX Retain Available 19m
kubectl get pvc NAME STATUS VOLUME CAPACITY ACCESS MODES STORAGECLASS AGE mypvc Bound pv003 2Gi RWO,RWX 22s 4.4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 welcome to use pv3 index.html
kubectl get pods -o wide pod-vol-pvc 1/1 Running 0 3m 10.244.2.39 k8s-node02
curl 10.244.2.39 welcome to use pv3 5.实验搭建 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 exte卷插件会使用已经配置好的 NFS 服务器自动创建 rnal-storage 提供的 ceph.com/cephfs。
5.1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 192.168.10.0/24(rw,no_root_squash,sync)
systemctl restart nfs 5.2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 PVPVCStorageClass 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 5.3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 vim /etc/kubernetes/manifests/kube-apiserver.yaml spec: containers: - command: - kube-apiserver - --feature-gatesRemoveSelfLinkfalse #添加这一行 - --advertise-address192.168.80.20 ......
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 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-cd6ff67-sp8qd 1/1 Running 0 14s 5.4、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 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 5.5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-PROVISIONER #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 kubectl get pvc NAME STATUS VOLUME CAPACITY ACCESS MODES STORAGECLASS AGE test-nfs-pvc Bound pvc-11670f39-782d-41b8-a842-eabe1859a456 1Gi RWX nfs-client-storageclass 2s
//查看 NFS 服务器上是否生成对应的目录自动创建的 PV 会以 ${namespace}-${pvcName}-${pvName} 的目录格式放到 NFS 服务器上 ls /opt/k8s/ default-test-nfs-pvc-pvc-11670f39-782d-41b8-a842-eabe1859a456
//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 this is test file test.txt
//发现 NFS 服务器上存在说明验证成功 cat /opt/k8s/test.txt
