k8s之共享存储pvpvc

1.1 存储资源管理

1.2 持久卷pv的类型

1.3 实验mysql基于NFS共享存储实现持久化存储

1.3.1 安装NFS

1.3.2 PV参数详解

1.3.3 创建pv

1.3.4 mysql使用pvc持久卷

1.4 动态绑定pv

1.4.1 配置nfs-provisioner授权

1.4.2 部署nfs-client-provisioner

1.4.3 创建StorageClass

1.4.4 deployment 动态挂载

1.4.5 statefulset 动态挂载

1.1 存储资源管理

在基于k8s容器云平台上，对存储资源的使用需求通常包括以下几方面：

1.应用配置文件、密钥的管理；
2.应用的数据持久化存储；
3.在不同的应用间共享数据存储；

k8s的Volume抽象概念就是针对这些问题提供的解决方案，k8s的volume类型非常丰富，从临时目录、宿主机目录、ConfigMap、Secret、共享存储（PV和PVC）。

k8s支持Volume类型包括以下几类：

1.临时空目录（随着Pod的销毁而销毁）
emptyDir:

2.配置类（将配置文件以Volume的形式挂载到容器内）
ConfigMap：将保存在ConfigMap资源对象中的配置文件信息挂载到容器内的某个目录下

Secret：将保存在Secret资源对象中的密码密钥等信息挂载到容器内的某个文件中。

downwardAPI：将downwardAPI的数据以环境变量或文件的形式注入容器中。

gitErpo：将某Git代码库挂载到容器内的某个目录下

3.本地存储类
hostpath：将宿主机的目录或文件挂载到容器内进行使用。

local：Kubernetes从v1.9版本引入，将本地存储以PV的形式提供给容器使用，并能够实现存储空间的管理。

4.共享存储
PV（Persistent Volume）：将共享存储定义为一种“持久存储卷”，可以被多个容器应用共享使用。

PVC（Persistent Volume Claim）：用户对存储资源的一次“申请”，PVC申请的对象是PV，一旦申请成功，应用就能够像使用本地目录一样使用共享存储了。

共享存储主要用于多个应用都能够使用存储资源，例如NFS存储、光纤存储Glusterfs共享文件系统等，在k8s系统中通过PV/StorageClass和PVC来完成定义，并通过volumeMount挂载到容器的目录或文件进行使用。

ConfigMap、Secret、emptyDir、hostPath等属于临时性存储，当pod被调度到某个节点上时，它们随pod的创建而创建，临时占用节点存储资源，当pod离开节点时，存储资源被交还给节点，pod一旦离开这个节点，存储就失效，不具备持久化存储数据的能力。与此相反，持久化存储拥有独立的生命周期，具备持久化存储能力，其后端一般是独立的存储系统如NFS、iSCSI、cephfs、glusterfs等。

pv与pvc

Kubernetes中的node代表计算资源，而PersistentVolume(PV)则代表存储资源，它是对各种诸如NFS、iSCSI、云存储等各种存储后端所提供存储块的统一抽象从而提供网络存储，通过它屏蔽低层实现细节。与普通volume不同，PV拥有完全独立的生命周期。

因为PV表示的是集群能力，它是一种集群资源，所以用户（通常是开发人员）不能直接使用PV，就像不能直接使用内存一样，需要先向系统申请，而 PVC 就是请求存储资源的。
Kubernetes通过PersistentVolumeClaim(PVC)代理用户行为，用户通过对PVC的操作实现对PV申请、使用、释放等操作，PVC是用户层面的资源。

PV 和 PVC 可以将 pod 和数据卷解耦，pod 不需要知道确切的文件系统或者支持它的持久化引擎。

Kubernetes的共享存储供应模式包括静态和动态两种模式

静态模式
静态PV由系统管理员负责创建、提供、维护，系统管理员为用户屏蔽真正提供存储的后端及其实现细节，普通用户作为消费者，只需通过PVC申请、使用此类资源。

动态模式：
集群管理员无须手工创建PV，而是通过对Storage Class的设置对后端存储进行描述，“storage class”可以理解成某种具体的后端存储，标记为某种“类型（Class）”，此时要求PVC对存储的类型进行声明，系统将自动完成PV的创建与PVC的绑定。如果用户的PVC中“storage class”的值为""，则表示不能为此PVC动态创建PV。

PV与PVC的绑定

用户创建包含容量、访问模式等信息的PVC，向系统请求存储资源。系统查找已存在PV或者监控新创建PV，如果与PVC匹配则将两者绑定。如果PVC创建动态PV，则系统将一直将两者绑定。PV与PVC的绑定是一一对应关系，不能重复绑定。如果系统一直没有为PVC找到匹配PV，则PVC无限期维持在"unbound"状态，直到系统找到匹配PV。实际绑定的PV容量可能大于PVC中申请的容量。

1.2 持久卷pv的类型

PV 持久卷是用插件的形式来实现的。Kubernetes 目前支持以下插件

- GCEPersistentDisk
- AWSElasticBlockStore
- AzureFile
- AzureDisk
- FC (Fibre Channel)
- Flexvolume
- Flocker
- NFS
- iSCSI
- RBD (Ceph Block Device)
- CephFS
- Cinder (OpenStack block storage)
- Glusterfs
- VsphereVolume
- Quobyte Volumes
- HostPath (Single node testing only – local storage is not supported in any way and WILL NOT WORK in a multi-node cluster)
- Portworx Volumes
- ScaleIO Volumes
- StorageOS

1.3 实验mysql基于NFS共享存储实现持久化存储

1.3.1 安装NFS

机器准备

k8s-master  制作nfs服务端作为共享文件系统

[root@k8s-master ~]# yum install -y nfs-utils rpcbind
[root@k8s-master ~]# mkdir /mnt/data  #制作共享目录
[root@k8s-master ~]# vim /etc/exports
/mnt/data 192.168.122.0/24(rw,no_root_squash)
[root@k8s-master ~]# systemctl start rpcbind  #启动服务
[root@k8s-master ~]# systemctl start nfs

# 使配置生效

[root@k8s-master ~]# exportfs -r


# 检查配置是否生效

[root@k8s-master ~]# exportfs


集群中的工作节点都需要安装客户端工具，主要作用是节点能够驱动 nfs 文件系统
只安装，不启动服务
# yum install -y nfs-utils
# showmount -e master_ip
# mount -t nfs master_ip:/mnt/data /mnt/data


master节点
制作pv.yaml（一般这个动作由 kubernetes 管理员完成，也就是我们运维人员）

[root@k8s-master ~]# mkdir /k8s/mysql -p 
[root@k8s-master ~]# cd /k8s/mysql/
[root@k8s-master mysql]# vim pv.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume   #类型定义为pv
metadata: name: my-pv  #pv的名字labels:  #定义标签type: nfs  #类型为nfs
spec:nfs:  # 存储类型，需要与底层实际的存储一致，这里采用 nfsserver: 192.168.122.24 # NFS 服务器的 IPpath: "/mnt/data" # NFS 上共享的目录capacity:   #定义存储能力storage: 3Gi  #指定存储空间accessModes:  #定义访问模式- ReadWriteMany   #读写权限，允许被多个Node挂载persistentVolumeReclaimPolicy: Retain  #定义数据回收策略,这里是保留

1.3.2 PV参数详解

1.存储能力（Capacity）

描述存储设备的能力，目前仅支持对存储空间的设置（storage=xx）。

2.访问模式（Access Modes）

对PV进行访问模式的设置，用于描述用户应用对存储资源的访问权限。访问模式如下：

ReadWriteOnce：读写权限，并且只能被单个pod挂载。
ReadOnlyMany：只读权限，允许被多个pod挂载。
ReadWriteMany：读写权限，允许被多个pod挂载。

某些PV可能支持多种访问模式，但PV在挂载时只能使用一种访问模式，多种访问模式不能同时生效。

3.persistentVolumeReclaimPolicy定义数据回收策略

目前支持如下三种回收策略：

保留（Retain）：保留数据，需要手工处理。

回收空间（Recycle）：警告： 回收策略 Recycle 已被废弃。取而代之的建议方案是使用动态供应。如果下层的卷插件支持，回收策略 Recycle 会在卷上执行一些基本的 擦除（rm -rf /thevolume/*）操作，之后允许该卷用于新的 PVC 申领

删除（Delete）：会将 PersistentVolume 对象从 Kubernetes 中移除，同时也会从外部基础设施（如 AWS EBS、GCE PD、Azure Disk 或 Cinder 卷）中移除所关联的存储资产。 就是把云存储一起删了。

目前，只有 NFS 和 HostPath 两种类型的存储设备支持 “Recycle” 策略； AWS EBS、 GCE PD、Azure Disk 和 Cinder volumes 支持 “Delete” 策略。

4.storageClassName存储类别（Class）

PV可以设定其存储的类型（Class），通过 storageClassName参数指定一个 StorageClass 资源对象的名称。
具有特定“类别”的 PV 只能与请求了该“类别”的 PVC 进行绑定。未设定 “类别” 的 PV 则只能与不请求任何 “类别” 的 PVC 进行绑定。
相当于一个标签。

1.3.3 创建pv

[root@k8s-master mysql]# kubectl apply -f pv.yaml 
persistentvolume/my-pv created
[root@k8s-master mysql]# kubectl get pv

PV 生命周期的各个阶段（Phase）

某个 PV 在生命周期中，可以处于以下4个阶段之一：

- Available：可用状态，还未与某个 PVC 绑定。
- Bound：已与某个 PVC 绑定。
- Released：释放，绑定的 PVC 已经删除，但没有被集群回收存储空间 。
- Failed：自动资源回收失败。

pv创建成功目前属于可用状态，还没有与pvc绑定，那么现在创建pvc

创建pvc

[root@k8s-master mysql]# vim mysql-pvc.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim   #定义类型为PVC
metadata:name: mypvc   #声明pvc的名称，当做pod的卷使用时会用到
spec:accessModes:  #定义访问pvc的模式，与pv拥有一样的模式- ReadWriteMany   #读写权限，允许被多个pod挂载resources:  #声明可以请求特定数量的资源，目前仅支持 request.storage 的设置，即存储空间大小。requests:storage: 3Gi  #定义空间大小selector:  #PV选择条件,标签选择器，通过标签选择matchLabels:type: "nfs" #选择pv类型的nfs

       

注意：当我们申请pvc的容量大于pv的容量是无法进行绑定的。

创建pvc

[root@k8s-master mysql]# kubectl apply -f mysql-pvc.yaml 
persistentvolumeclaim/mypvc created
[root@k8s-master mysql]# kubectl get pvc
NAME    STATUS   VOLUME   CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
mypvc   Bound    my-pv    3Gi        RWX            pv-nfs         37s

status状态

- Available (可用): 表示可用状态，还未被任何PVC绑定
- Bound (已绑定)：已经绑定到某个PVC
- Released (已释放)：对应的PVC已经删除,但资源还没有被集群收回
- Failed：PV自动回收失败

Kubernetes中会自动帮我们查看pv状态为Available并且根据声明pvc容量storage的大小进行筛选匹配，同时还会根据AccessMode进行匹配。如果pvc匹配不到pv会一直处于pending状态。

1.3.4 mysql使用pvc持久卷

创建secret

[root@k8s-master mysql]# echo -n 'wangxia@123!' | base64
UWlhbkZlbmdAMTIzIQ==
[root@k8s-master mysql]# vim mysql-secret.yaml
apiVersion: v1
data:password: UWlhbkZlbmdAMTIzIQ==
kind: Secret
metadata:annotations:name: my-pass
type: Opaque
[root@k8s-master mysql]# kubectl apply -f mysql-secret.yaml 
secret/my-pass created
[root@k8s-master mysql]# kubectl get secret
NAME                  TYPE                                  DATA   AGE
default-token-24c52   kubernetes.io/service-account-token   3      6d22h
my-pass               Opaque                                1      69s


创建myslq-pod文件

[root@k8s-master mysql]# cat mysql-deployment.yaml 
apiVersion:  apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: my-mysql
spec:replicas: 1selector:matchLabels:app: mysqltemplate:metadata:labels:app: mysqlspec:containers:- name: my-mysqlimage: daocloud.io/library/mysql:5.7ports:- containerPort: 3306env:- name: MYSQL_ROOT_PASSWORDvalueFrom:secretKeyRef:name: my-passkey: passwordvolumeMounts:- name: mysql-datamountPath: /var/lib/mysqlvolumes:- name: mysql-datapersistentVolumeClaim:  #绑定pvcclaimName: mypvc #指定对应的pvc名字

[root@k8s-master mysql]# kubectl apply -f mysql-deployment.yaml          
[root@k8s-master mysql]# kubectl get pod
NAME                         READY   STATUS    RESTARTS   AGE
my-mysql-5474b6885f-c5dmp    1/1     Running   0          8s

[root@k8s-master mysql]# kubectl get pod -o wide
NAME                         READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE        NOMINATED NODE   READINESS GATES
my-mysql-5474b6885f-c5dmp    1/1     Running   0          40s   10.244.2.5    k8s-node2   <none>           <none>


测试

[root@k8s-master ~]# cd /mnt/data/
[root@k8s-master data]# ll
总用量 188484
-rw-r----- 1 polkitd ssh_keys       56 11月  8 21:49 auto.cnf
-rw------- 1 polkitd ssh_keys     1680 11月  8 21:49 ca-key.pem
-rw-r--r-- 1 polkitd ssh_keys     1112 11月  8 21:49 ca.pem
-rw-r--r-- 1 polkitd ssh_keys     1112 11月  8 21:49 client-cert.pem
-rw------- 1 polkitd ssh_keys     1680 11月  8 21:49 client-key.pem
-rw-r----- 1 polkitd ssh_keys      688 11月  8 21:57 ib_buffer_pool
-rw-r----- 1 polkitd ssh_keys 79691776 11月  8 21:59 ibdata1
-rw-r----- 1 polkitd ssh_keys 50331648 11月  8 21:59 ib_logfile0
-rw-r----- 1 polkitd ssh_keys 50331648 11月  8 21:49 ib_logfile1
-rw-r----- 1 polkitd ssh_keys 12582912 11月  8 22:00 ibtmp1
drwxr-x--- 2 polkitd ssh_keys     4096 11月  8 21:49 mysql
drwxr-x--- 2 polkitd ssh_keys     8192 11月  8 21:49 performance_schema
-rw------- 1 polkitd ssh_keys     1680 11月  8 21:49 private_key.pem
-rw-r--r-- 1 polkitd ssh_keys      452 11月  8 21:49 public_key.pem
-rw-r--r-- 1 polkitd ssh_keys     1112 11月  8 21:49 server-cert.pem
-rw------- 1 polkitd ssh_keys     1676 11月  8 21:49 server-key.pem
drwxr-x--- 2 polkitd ssh_keys     8192 11月  8 21:49 sys

1.4 动态绑定pv

StorageClass 相当于一个创建 PV 的模板，用户通过 PVC 申请存储卷，StorageClass 通过模板自动创建 PV，然后和 PVC 进行绑定。

StorageClass创建动态存储卷流程

集群管理员预先创建存储类（StorageClass）；

用户创建使用存储类的持久化存储声明(PVC：PersistentVolumeClaim)；

存储持久化声明通知系统，它需要一个持久化存储(PV: PersistentVolume)；

系统读取存储类的信息；

系统基于存储类的信息，在后台自动创建PVC需要的PV；

用户创建一个使用PVC的Pod；

Pod中的应用通过PVC进行数据的持久化；

而PVC使用PV进行数据的最终持久化处理。

StorageClass支持的动态存储插件：

NFS Provisioner 是一个自动配置卷程序，它使用现有的和已配置的 NFS 服务器来支持通过持久卷声明动态配置 Kubernetes 持久卷。

注意：k8s 1.21版本中创建pvc时nfs-provisioner会报错

E0903 08:00:24.858523 1 controller.go:1004] provision “default/test-claim” class “managed-nfs-storage”: unexpected error getting claim reference: selfLink was empty, can’t make reference

解决方法：修改 /etc/kubernetes/manifests/kube-apiserver.yaml文件增加 - --feature-gates=RemoveSelfLink=false

spec:containers:- command:- kube-apiserver- --feature-gates=RemoveSelfLink=false   # 增加这行- --advertise-address=172.24.0.5- --allow-privileged=true- --authorization-mode=Node,RBAC- --client-ca-file=/etc/kubernetes/pki/ca.crt

1.4.1 配置nfs-provisioner授权

创建ServiceAccount、ClusterRole、ClusterRoleBinding等，为nfs-client-provisioner授权

# rbac.yaml
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:name: nfs-client-provisioner# replace with namespace where provisioner is deployednamespace: default
---
kind: ClusterRole
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:name: nfs-client-provisioner-runner
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: ["create", "update", "patch"]
---
kind: ClusterRoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:name: run-nfs-client-provisioner
subjects:- kind: ServiceAccountname: nfs-client-provisioner# replace with namespace where provisioner is deployednamespace: default
roleRef:kind: ClusterRolename: nfs-client-provisioner-runnerapiGroup: rbac.authorization.k8s.io
---
kind: Role
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:name: leader-locking-nfs-client-provisioner# replace with namespace where provisioner is deployednamespace: default
rules:- apiGroups: [""]resources: ["endpoints"]verbs: ["get", "list", "watch", "create", "update", "patch"]
---
kind: RoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:name: leader-locking-nfs-client-provisioner
subjects:- kind: ServiceAccountname: nfs-client-provisioner# replace with namespace where provisioner is deployednamespace: default
roleRef:kind: Rolename: leader-locking-nfs-client-provisionerapiGroup: rbac.authorization.k8s.io

1.4.2 部署nfs-client-provisioner

# nfs-provisioner.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: nfs-client-provisionerlabels:app: nfs-client-provisioner# replace with namespace where provisioner is deployednamespace: default  #与RBAC文件中的namespace保持一致
spec:replicas: 1selector:matchLabels:app: nfs-client-provisionerstrategy:type: Recreateselector:matchLabels:app: nfs-client-provisionertemplate:metadata:labels:app: nfs-client-provisionerspec:serviceAccountName: nfs-client-provisionercontainers:- name: nfs-client-provisionerimage: quay.io/external_storage/nfs-client-provisioner:latestvolumeMounts:- name: nfs-client-rootmountPath: /persistentvolumesenv:- name: PROVISIONER_NAMEvalue: gxf-nfs-storage  #provisioner名称,请确保该名称与 nfs-StorageClass.yaml文件中的provisioner名称保持一致- name: NFS_SERVERvalue: 10.24.X.X    #NFS Server IP地址- name: NFS_PATH  value: /home/nfs/1    #NFS挂载卷volumes:- name: nfs-client-rootnfs:server: 10.24.X.X  #NFS Server IP地址path: /home/nfs/1     #NFS 挂载卷

# 部署

[root@kube-master ~]# kubectl apply -f rbac.yaml 
[root@kube-master ~]# kubectl apply -f nfs-provisioner.yaml 
[root@kube-master ~]# kubectl get pod 
NAME                                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nfs-client-provisioner-75bfdbdcd8-5mqbv   1/1     Running   0          4m24s

1.4.3 创建StorageClass

# nfs-StorageClass.yaml
apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:name: managed-nfs-storage
provisioner: gxf-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
reclaimPolicy: Retain # 默认为delete
parameters:archiveOnDelete: "true" # false表示pv被删除时，在nfs下面对应的文件夹也会被删除,true正相反

1.4.4 deployment 动态挂载

部署一个有2个副本的deployment，挂载共享目录

创建pvc，“storageClassName"为上面创建的"managed-nfs-storage”，即指定动态创建PV的模板文件的名字。

# test-pvclaim.yaml
kind: PersistentVolumeClaim
apiVersion: v1
metadata:name: test-claim
spec:accessModes:- ReadWriteManyresources:requests:storage: 100MistorageClassName: managed-nfs-storage

[root@kube-master ~]# kubectl apply -f test-pvclaim.yaml

deployment部署

# test-deploy.yaml 
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: test-deploylabels:app: test-deploynamespace: default  #与RBAC文件中的namespace保持一致
spec:replicas: 2selector:matchLabels:app: test-deploystrategy:type: Recreateselector:matchLabels:app: test-deploytemplate:metadata:labels:app: test-deployspec:containers:- name: test-podimage: busybox:1.24command:- "/bin/sh"args:- "-c"# - "touch /mnt/SUCCESS3 && exit 0 || exit 1"   #创建一个SUCCESS文件后退出- touch /mnt/SUCCESS5; sleep 50000volumeMounts:- name: nfs-pvcmountPath: "/mnt"# subPath: test-pod-3 # 子路径 （这路基代表存储卷下面的test-pod子目录）  volumes:- name: nfs-pvcpersistentVolumeClaim:claimName: test-claim  #与PVC名称保持一致

1.4.5 statefulset 动态挂载

# test-sts-1.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:name: test-stslabels:k8s-app: test-sts
spec:serviceName: test-sts-svcreplicas: 3selector:matchLabels:k8s-app: test-ststemplate:metadata:labels:k8s-app: test-stsspec:containers:- image: busybox:1.24name: test-podcommand:- "/bin/sh"args:- "-c"# - "touch /mnt/SUCCESS3 && exit 0 || exit 1"   #创建一个SUCCESS文件后退出- touch /mnt/SUCCESS5; sleep 50000imagePullPolicy: IfNotPresentvolumeMounts:- name: nfs-pvcmountPath: "/mnt"volumeClaimTemplates:- metadata:name: nfs-pvcspec:accessModes: ["ReadWriteMany"]storageClassName: managed-nfs-storageresources:requests:storage: 20Mi

[root@kube-master ~]# kubectl apply -f test-sts-1.yaml
[root@kube-master ~]# kubectl get sts
NAME       READY   AGE
test-sts   3/3     4m46s