【kubernetes】关于k8s集群的存储卷

目录

一、存储卷的分类

二、empty存储卷以及特点

三、hostpath存储卷以及特点

四、nfs存储卷以及特点

五、pvc存储卷

查看pv的定义 

查看pvc的定义

实操：静态创建pv的方式 实现pvc存储卷

步骤一：先完成nfs的目录共享，需要准备不同的目录

步骤二：编写配置文件，完成静态pv的创建，设置访问模式和资源大小等

步骤三：编写pvc创建配置文件，完成创建，查看是否与pv绑定

步骤四：基于pvc存储卷创建pod

实操：基于nfs存储卷插件动态创建pv，实现pvc存储卷

步骤一：完成nfs共享准备

步骤二：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

步骤三：使用 Deployment 来创建 NFS Provisioner

​编辑 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

步骤五：创建pvc存储卷以及创建pod测试

 六、总结

一、存储卷的分类

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（容器一旦被删除再次重建，那么数据都会丢失）。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。
 

查看支持的存储卷类型

kubectl explain pod.spec.volumes

常用的有：

emptyDir、hostPath、nfs、persistentVolumeClaim 

二、empty存储卷以及特点

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。

piVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: pod01namespace: defaultlabels:app: myapp
spec:containers:- name: myappimage: soscscs/myapp:v1imagePullPolicy: 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:1.28imagePullPolicy: 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: {}

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，然后另一个容器是否可以获取日期文件index.html。以验证两个容器之间挂载的emptyDir实现共享。

三、hostpath存储卷以及特点

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: pod01namespace: default
spec:containers:- name: myappimage: soscscs/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: DirectoryOrCreate

删除pod，再重建，验证是否依旧可以访问原来的内容 

 

 删除pod，再重建，指定到node01节点，验证是否依旧可以访问原来的内容 

四、nfs存储卷以及特点

准备好nfs共享

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: pod-vol-nfsnamespace: default
spec:containers:- name: myappimage: soscscs/myapp:v1volumeMounts:- name: htmlmountPath: /usr/share/nginx/htmlvolumes:- name: htmlnfs:  #存储卷类型为nfspath: /opt/k8s  #共享的目录为/opt/k8sserver: 192.168.20.10 #可以为主机名（但是做了hosts映射），或者ip也可以

 删除nfs相关pod，再重新创建，可以得到数据的持久化存储

可以实现跨node节点的完成数据持久化

五、pvc存储卷

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：
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。（对于动态配置的PV来说，默认回收策略为Delete。表示当用户删除对应的PVC时，动态配置的volume将被自动删除。）
  • 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。（如果用户删除PVC，则删除卷上的数据，卷不会删除）

查看pv的定义 

	apiVersion: v1kind: PersistentVolumemetadata:    #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 namespacename: spec#查看pv定义的规格
kubectl explain pv.spec    
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）卷可以被一个节点以读写方式挂载。 ReadWriteOnce 访问模式也允许运行在同一节点上的多个 Pod 访问卷。- ReadOnlyMany           #（ROX）卷可以被多个节点以只读方式挂载。- ReadWriteMany          #（RWX）卷可以被多个节点以读写方式挂载。
#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。#新版本的k8s还增减了ReadWriteOncePod 表示可以与某一个pod进行绑定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）：当用户删除与之绑定的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。对于动态配置的PV来说，默认回收策略为Delete。表示当用户删除对应的PVC时，动态配置的volume将被自动删除。（只有 AWS EBS, GCE PD, Azure Disk 和 Cinder 支持）
#Recycle（回收）：如果用户删除PVC，则删除卷上的数据，卷不会删除。（只有 NFS 和 HostPath 支持）

查看pvc的定义

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）

实操：静态创建pv的方式 实现pvc存储卷

步骤一：先完成nfs的目录共享，需要准备不同的目录

步骤二：编写配置文件，完成静态pv的创建，设置访问模式和资源大小等

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:name: pv001labels:name: pv001
spec:nfs:path: /opt/nfs/v1server: 192.168.20.10accessModes: ["ReadWriteMany","ReadWriteOnce"]capacity:storage: 1Gi
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:name: pv002labels:name: pv002
spec:nfs:path: /opt/nfs/v2server: 192.168.20.10accessModes: ["ReadWriteOnce"]capacity:storage: 2Gi
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:name: pv003labels:name: pv003
spec:nfs:path: /opt/nfs/v3server: 192.168.20.10accessModes: ["ReadWriteMany","ReadWriteOnce"]capacity:storage: 2Gi
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:name: pv004labels:name: pv004
spec:nfs:path: /opt/nfs/v4server: 192.168.20.10accessModes: ["ReadWriteMany","ReadWriteOnce"]capacity:storage: 4Gi
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:name: pv005labels:name: pv005
spec:nfs:path: /opt/nfs/v5server: 192.168.20.10accessModes: ["ReadWriteMany","ReadWriteOnce"]capacity:storage: 5Gi

步骤三：编写pvc创建配置文件，完成创建，查看是否与pv绑定

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:name: mypvc #定义pvc的名称namespace: default
spec:accessModes: ["ReadWriteMany"]resources:requests:storage: 2Gi
---
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: pod-vol-pvcnamespace: default
spec:containers:- name: myappimage: soscscs/myapp:v1volumeMounts:- name: html #与下面定义的存储卷名称一致mountPath: /usr/share/nginx/htmlvolumes:- name: html  #定义的是pvc的名称persistentVolumeClaim:claimName: mypvc #通过名称调用定义的pvc

 

步骤四：基于pvc存储卷创建pod

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 

实操：基于nfs存储卷插件动态创建pv，实现pvc存储卷

搭建 StorageClass + nfs-client-provisioner ，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）。

步骤一：完成nfs共享准备

步骤二：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

#创建service Account 账户，用来管理 NFS Provisioner 在 k8s 集群中运行的权限
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.io

 

步骤三：使用 Deployment 来创建 NFS Provisioner

NFS Provisioner(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-gates=RemoveSelfLink=false       #添加这一行
    - --advertise-address=192.168.20.30
......

 接下来以deployment的方式创建nfs的存储插件

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: 192.168.20.10           #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: 192.168.20.10path: /opt/k8s

 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

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

 

步骤五：创建pvc存储卷以及创建pod测试

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

 

 验证

 六、总结

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（外置存储插件在k8s集群中以pod形式运行），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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