k8s集群的存储卷、pvc和pv

简介

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。

nfs是一个存储空间，会分为多个pv存储卷

将nfs或者ceph存储划分为多个pv存储池，此时创建一个pod，pod里面指定一个pvc存储卷，pvc是请求，现在请求为30G的存储，随后，pvc会从这个要求去pv存储池里面去找适合的pv存储资源，随后将适合的pvc挂载到pod在pod里面写入数据便会写入nfs存储里面

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。

动态自动创建的过程

首先定义pvc资源包含了pv的存储卷大小空间，随后找到storageClass，创建pv的模板，随后storageClass找到存储卷网络插件，网络插件会直接找到存储卷例如nfs ceph，去上面自动创建预设的pv模板

创建pv的两种方式：

1.手动根据pv资源的配置模板创建静态pv

2.根据pvc的配置模板通过引用storageClass（简称SC)资源调用存储卷插件来创建动态pv

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 下的状态有以 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。

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。

kubectl explain pv    #查看pv的定义方式
FIELDS: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

4.6 查看pv定义的规格

kubectl explain pv.spec #查看pv定义的规格

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

#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） ⭐⭐⭐

  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）

查看PVC的定义方式

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）

k8s支持的存储插件的访问方式

部署NFS使用PV和PVC

配置nfs存储

cd /data/volumes
mkdir v{1,2,3,4,5}vim /etc/exports
/data/volumes/v1 192.168.246.0/24(rw,no_root_squash)
/data/volumes/v2 192.168.246.0/24(rw,no_root_squash)
/data/volumes/v3 192.168.246.0/24(rw,no_root_squash)
/data/volumes/v4 192.168.246.0/24(rw,no_root_squash)
/data/volumes/v5 192.168.246.0/24(rw,no_root_squash)exportfs -arv  #重新加载 NFS 导出设置，更新所有共享，并在执行过程中提供详细的输出信息，showmount -e官方文档：https://kubernetes.io/zh-cn/docs/tasks/configure-pod-container/configure-persistent-volume-storage/#create-a-persistentvolume

然后进入到node1 node2节点去查看是否能看见这个共享数据

nfs的共享数据创建好了，随后去创建pv资源

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

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:name: pv001labels:name: pv001
spec:nfs:path: /data/volumes/v1server: 192.168.246.13accessModes: ["ReadWriteMany","ReadWriteOnce"]capacity:storage: 1Gi
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:name: pv002labels:name: pv002
spec:nfs:path: /data/volumes/v2server: 192.168.246.13accessModes: ["ReadWriteOnce"]capacity:storage: 2Gi
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:name: pv003labels:name: pv003
spec:nfs:path: /data/volumes/v3server: 192.168.246.13accessModes: ["ReadWriteMany","ReadWriteOnce"]capacity:storage: 2Gi
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:name: pv004labels:name: pv004
spec:nfs:path: /data/volumes/v4server: 192.168.246.13 accessModes: ["ReadWriteMany","ReadWriteOnce"]capacity:storage: 4Gi
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:name: pv005labels:name: pv005
spec:nfs:path: /data/volumes/v5server: stor01 #可以是nfs机器的ip地址也可以是主机名，此处主机名，验证下accessModes: ["ReadWriteMany","ReadWriteOnce"]capacity:storage: 5Gi

5个pv依次被创建出来

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

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:name: mypvc
spec:accessModes:- ReadWriteManyvolumeMode: Filesystemresources:requests:storage: 2Gi

随后查看pv与pvc，pvc找到合适的pv 并进行绑定这边找到了pv003

pvc pv都创建好了随后创建pod

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: mypodnamespace: 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

随后，去nfs共享目录里面进行查看，pod挂载到了v3里面，利用与pvc进行挂载，因为pvc与pv是绑定的，所以nfs就直接导入到了nfs里面的共享目录里面

静态创建pv pvc的过程：

静态创建PV的步骤：

准备好存储设备和共享目录
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
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
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

删除pvc

删除pvc之前，一定要先删除pvc所挂载的pod，随后才能删除pvc！

当回收策略时retain时，删除pod 删除pvc之后，pv保留现场，k8s集群什么也不动，等着用户去手动处理

添加暗号 STORAGECLASS 在相同条件下优先级高

删除pv 随后再次创建 pv的状态又是正常的

随后在pvyaml文件里面v5目录里面添加slow

随后，去修改pvc的yaml文件，在里面也添加slow

随后再去查看pv与pvc的绑定关系通过暗号绑定一起

如果当pv的条件不满足pvc，pod会一直处于pending的状态

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（NFS只有外部插件），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/

内部/外部插件：

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）。

数据流向：

①管理员首先定义一个StorageClass，它描述了存储类的属性，如存储类型、后端存储参数（如NFS服务器的地址和路径）、回收策略等。StorageClass中指定了Provisioner插件，该插件负责根据StorageClass的定义动态创建PV

②根据StorageClass中指定的Provisioner插件，管理员需要在Kubernetes集群中安装并配置相应的插件

③用户或应用开发者在Kubernetes集群中创建一个PVC，指定所需的存储大小、访问模式以及StorageClass的名称

④Kubernetes系统监控PVC的创建，并查找与之匹配的StorageClass。一旦找到匹配的StorageClass，Kubernetes会触发Provisioner插件根据StorageClass的定义动态创建一个PV。

⑤创建好的PV会自动与PVC进行绑定。这个绑定过程是基于PVC中的请求参数（如存储大小和访问模式）与PV的属性进行匹配的

⑥当Pod创建时，它可以指定使用某个已绑定的PVC。Kubernetes会将PV挂载到Pod中，使得Pod中的应用可以访问该PV上的数据。

简要的来说就是创建storageClass里面包含了存储类的数据和类型，随后只当provisioner插件，这个负责动态创建pv，用户创建一个pvc需求，随后去匹配storageClass，如果遇到合适的则取触发provisioner外部插件去自动的创建pv，创建好的pv与pvc自动的进行绑定，随后pod去挂载pvc，在pod里面写入的数据会自动传到pv所在的nfs存储里面。

搭建 StorageClass + NFS

创建StorageClass。
创建PVC绑定
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 192.168.246.0/24(rw,no_root_squash,sync)systemctl restart nfs
```
创建一个名为/opt/k8s的目录：mkdir /opt/k8s
将/opt/k8s目录的权限设置为777：chmod 777 /opt/k8s/
使用vim编辑/etc/exports文件，添加如下行，允许192.168.246.0/24网段的主机以读写模式挂载/opt/k8s目录，并且不进行root权限转换（norootsquash），并同步写入（sync）：
重启NFS服务：systemctl restart nfs

创建 Service Account

创建 Service Account，用来管理 NFS Provisioner（nfs的外部插件）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
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: ServiceAccountname: nfs-client-provisionernamespace: default
roleRef:kind: ClusterRolename: nfs-client-provisioner-clusterroleapiGroup: rbac.authorization.k8s.io

这段YAML文件定义了在Kubernetes中创建一个Service Account以及相关的ClusterRole和ClusterRoleBinding来管理NFS Provisioner的权限。

ServiceAccount部分定义了一个名为nfs-client-provisioner的Service Account，用于代表NFS Provisioner在集群中运行时的身份。
ClusterRole部分定义了一个名为nfs-client-provisioner-clusterrole的ClusterRole，包含了对于Persistent Volumes（PV）、Persistent Volume Claims（PVC）、StorageClasses等资源的访问权限规则。这些规则包括获取、列出、监视、创建和删除PV、PVC，以及获取、列出、监视StorageClasses等操作。
ClusterRoleBinding部分定义了一个名为nfs-client-provisioner-clusterrolebinding的ClusterRoleBinding，将前面定义的ClusterRole绑定到先前定义的Service Account上，以确保该Service Account拥有相应的权限。
通过这些定义，可以确保NFS Provisioner在Kubernetes集群中具有适当的权限，以管理PV、PVC和StorageClasses等资源。

网络插件（相当于一个pod）要创建pv，就必须要通过apiserver，所以要有权限，权限的基础时角色，通过角色去设置权限，让账户去跟角色绑定，可以有管理pv pvc的权限

使用 Deployment 来创建 NFS Provisioner存储卷插件

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。

通过Deployment创建NFS Provisioner的实例，可以确保其在集群中始终处于运行状态，并且可以根据需要进行水平扩展。这样，Kubernetes集群中的应用程序可以方便地访问和使用NFS存储，而无需手动管理PV和NFS之间的关联关系。

#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：

# 修改kube-apiserver.yaml文件，设置kube-apiserver的参数vim /etc/kubernetes/manifests/kube-apiserver.yaml
spec:containers:- command:- kube-apiserver- --feature-gates=RemoveSelfLink=false  # 添加这一行，开启RemoveSelfLink特性- --advertise-address=192.168.41.31  
......# 应用kube-apiserver.yaml文件的更改
kubectl apply -f /etc/kubernetes/manifests/kube-apiserver.yaml# 删除kube-apiserver的Pod以便更改生效
kubectl delete pods kube-apiserver -n kube-system # 检查kube-apiserver的Pod是否重新启动
kubectl get pods -n kube-system | grep apiserver

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

vim nfs-client-provisioner.yaml

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: /persistentvolumes #挂载路径env:- 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: stor01           #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: stor01   #nfs服务器的主机名或IP也可以path: /opt/k8s

node节点加载镜像

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时不会对数据进行存档，即删除数据, #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

kubectl apply -f nfs-client-storageclass.yamlkubectl get storageclass

kubectl apply -f nfs-client-storageclass.yaml: 通过 Kubernetes 的命令行工具 kubectl 应用（或创建）nfs-client-storageclass.yaml 文件中定义的资源，这里是一个 StorageClass。
kubectl get storageclass: 通过 kubectl 获取当前 Kubernetes 集群中所有的 StorageClass 列表。这可以用于确认上一步的 StorageClass 是否成功创建。

创建 PVC 和 Pod 测试

# 定义持久卷声明（PersistentVolumeClaim），用于请求持久卷
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:name: test-nfs-pvc  # 持久卷声明的名称
spec:accessModes:- ReadWriteMany  # 访问模式设置为读写多个节点storageClassName: nfs-client-storageclass  # 关联的存储类对象resources:requests:storage: 1Gi  # 请求的存储容量为1Gi---
# 定义Pod，用于使用持久卷
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: test-storageclass-pod  # Pod 的名称
spec:containers:- name: busyboximage: busybox:latestimagePullPolicy: IfNotPresentcommand:- "/bin/sh"- "-c"args:- "sleep 3600"  # 命令参数，让容器保持运行状态volumeMounts:- name: nfs-pvc  # 指定挂载的持久卷名称mountPath: /mnt  # 挂载路径restartPolicy: Never  # Pod 的重启策略volumes:- name: nfs-pvc  # 定义一个名为nfs-pvc的卷persistentVolumeClaim:claimName: test-nfs-pvc  # 引用之前定义的持久卷声明的名称

kubectl apply -f test-pvc-pod.yaml

PVC 通过 StorageClass 自动申请到空间

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

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 # 
/mnt #  echo 'this is test file zzz' > test.txt
/mnt #

发现 NFS 服务器上存在，说明验证成功

cat /opt/k8s/default-test-nfs-pvc-pvc-63092b35-4764-4de2-80eb-5de3c3ddbda6/test.txt

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

7.2静态创建PV的步骤
准备好存储设备和共享目录
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
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
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