PV与PVC

目录

1.emptyDir存储卷

2.hostPath存储卷

3.nfs共享存储卷

4.PVC 和 PV

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。

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

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。

curl 10.244.1.5

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

kubectl apply -f pod-hostpath.yaml

//访问测试 kubectl get pods -o wide

curl 10.244.2.5

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

curl 10.244.2.6

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 192.168.86.0/24(rw,no_root_squash)

systemctl start rpcbind

systemctl start nfs

showmount -e

//master节点操作

vim pod-nfs-vol.yaml

kubectl apply -f pod-nfs-vol.yaml

kubectl get pods -o wide

//在nfs服务器上创建index.html

cd /data/volumes

vim index.html

​<h1> nfs 192.168.86.12</h1>

//master节点操作 curl 10.244.2.38

​<h1> nfs 192.168.86.12</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

4.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。

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。

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。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。

回收策略 ***

kubectl explain pv #查看pv的定义方式

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 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4

mkdir v{1,2,3,4,5}

vim /etc/exports

exportfs -arv

showmount -e

官方文档：配置 Pod 以使用 PersistentVolume 作为存储 | Kubernetes

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

kubectl apply -f pv-demo.yaml

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

vim pod-vol-pvc.yaml

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。

cd /data/volumes/v3/

echo "welcome to use pv3" > index.html

kubectl get pods -o wide

​​​​​​​

curl 10.244.2.39

welcome to use pv3

//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：存储类 | Kubernetes

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）。

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

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

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： 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 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

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、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

​​​​​​​

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