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4.3 使用 Deployment 来创建 NFS Provisioner
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。
EmptyDir是最基础的Volume类型,一个EmptyDir就是Host上的一个空目录。
EmptyDir是在Pod被分配到Node时创建的,它的初始内容为空,并且无须指定宿主机上对应的目录文件,因为kubernetes会自动分配一个目录, 当Pod销毁时, EmptyDir中的数据也会被永久删除。
EmptyDir用途如下:
接下来,通过容器与之间文件共享的案例来使用一下EmptyDir。
- 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
- #创建pod
-
- kubectl get pods -o wide
- #查看详细信息
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。
EmptyDir中数据不会被持久化,它会随着Pod的结束而销毁,如果想简单的将数据持久化到主机中,可以选择HostPath。
HostPath就是将Node主机中一个实际目录挂在到Pod中,以供容器使用,这样的设计就可以保证Pod销毁了,但是数据依据可以存在于Node主机上。
- mkdir -p /data/pod/volume1
- echo 'node01.kfc.com' > /data/pod/volume1/index.html
- mkdir -p /data/pod/volume1
- echo 'node02.kc.com' > /data/pod/volume1/index.html
- 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
- 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
-
- curl 10.244.2.35
- node02.kgc.com
- 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
-
- curl 10.244.2.37
- node02.kgc.com
HostPath可以解决数据持久化的问题,但是一旦Node节点故障了,Pod如果转移到了别的节点,又会出现问题了,此时需要准备单独的网络存储系统,比较常用的用NFS、CIFS。
NFS是一个网络文件存储系统,可以搭建一台NFS服务器,然后将Pod中的存储直接连接到NFS系统上,这样的话,无论Pod在节点上怎么转移,只要Node跟NFS的对接没问题,数据就可以成功访问。
- mkdir /data/volumes -p
- chmod 777 /data/volumes
-
- vim /etc/exports
- /data/volumes 192.168.10.0/24(rw,no_root_squash)
-
- systemctl start rpcbind
- systemctl start nfs
-
- showmount -e
- Export list for stor01:
- /data/volumes 192.168.10.0/24
- vim pod-nfs-vol.yaml
- apiVersion: v1
- kind: Pod
- 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
- cd /data/volumes
- vim index.html
nfs stor01
- curl 10.244.2.38
nfs stor01
-
- 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
-
前面了解了使用NFS提供存储,此时就要求用户会搭建NFS系统,并且会在yaml配置nfs,由于k8s支持的存储系统有很多,要求客户全都掌握,显然不现实。为了能够屏蔽底层存储实现的细节,方便用户使用,k8s引入了PV和PVC两种资源对象。
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。
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)
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。
PV是存储资源的抽象,下面是资源清单文件
- apiVersion: v1
- kind: PersistentVolume
- metadata:
- name: pv2 #注意:pv是存储资源的抽象,它不存命名空间的定义
- spec:
- nfs: #存储类型,与底层真正存储对应(有多种,比如NFS、GFS、CIFS等)
- path:(定义挂载卷路径)
- server:(定义服务器名称)
- cappcity: #存储能力,也就是存储的空间大小
- storage: 2Gi
- accessModes: #访问模式
- storageClassName: #存储类别
- persistentVolumeReclaimPolicy: #回收策略
PV的关键配置参数说明
存储类型
存储能力(capacity)
访问模式(accessModes)
用户描述用户应用对存储资源的访问权限,访问权限包括下面几种方式
回收策略(persistentVolumeReclaimPolicy)
当PV不再被使用了之后,对其的处理方式。目前支持三种策略
存储类别
PV可以通过 storage Name 参数指定一个存储类别
PVC是资源的申请,用来声明对存储空间、访问模式、存储类别需求信息。
资源清单文件
- apiVersion: v1
- kind: PersistentVolumeClaim #定义pvc的资源类型
- metadata:
- name: pvc
- namespace: dev #可以定义命名空间
- sepc:
- accessModes: #访问模式
- selector: #采用标签对PV选择
- storageClassName: #存储类别
- resources: #请求空间
- requests:
- storage: 5Gi
PVC的关键配置参数说明
访问模式(accessModes)
选择条件(selector)
存储类别(storageClassName)
资源请求(Resources)
使用NFS作为存储,来演示PV的使用,创建3个PV,对应NFS的3个暴露的路径
1、配置nfs存储
- mkdir v{1,2,3,4,5}
-
- vim /etc/exports
- /data/volumes/v1 192.168.10.0/24(rw,no_root_squash)
- /data/volumes/v2 192.168.10.0/24(rw,no_root_squash)
- /data/volumes/v3 192.168.10.0/24(rw,no_root_squash)
- /data/volumes/v4 192.168.10.0/24(rw,no_root_squash)
- /data/volumes/v5 192.168.10.0/24(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
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
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、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
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。
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,这个外部卷插件会使用已经配置好的 NFS 服务器自动创建 PV。
- 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
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
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
-
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
-
- 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 pod-hostpath.yaml