• K8S-PV与PVC


    emptyDir存储卷

    当 Pod 被调度到节点上后,首先会创建 emptyDir 卷,只要该 Pod 在该节点上运行,该卷就会一直存在。
    emptyDir 卷有如下特点:

    1. emptyDir 卷最初是空的;
    2. emptyDir 可以挂载到这个 Pod 中的任意一个容器的任意路径上;
    3. 不管 emptyDir 挂载在哪,Pod 中的每个容器都可以对 emptyDir 卷中的相同文件进行读写;
    4. 当 Pod 从节点中删除时,emptyDir 中的数据将被永久删除。

    示例

    mkdir /opt/volumes
    cd /opt/volumes

    vim pod-emptydir.yaml 
    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: {}
    
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    kubectl apply -f pod-emptydir.yaml
    kubectl get pods -o wide
    在这里插入图片描述
    上面这个例子定义了2个容器,其中一个容器(busybox)负责输入日期到 index.html 中,然后另一个容器(myapp)负责将 index.html 中的内容展示给我们,从而验证两个容器之间挂载的 emptyDir 实现共享。
    访问80端口,查看index.html中的内容是否能看到
    curl 10.244.2.21
    在这里插入图片描述

    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,删除 Pod 并不会丢失数据,但是在 node 节点故障时,也会导致数据的丢失。

    示例

    在 node01 节点上创建挂载目录
    mkdir -p /data/pod/volume1
    echo ‘node01.cld.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

    回 master 节点创建 Pod 资源
    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
    	  #挂载方式,false为读写模式,true为只读模式
    	  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
    
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    kubectl apply -f pod-hostpath.yaml
    检查有没有创建成功
    kubectl get pods -o wide
    在这里插入图片描述
    访问测试
    curl 10.244.2.22
    在这里插入图片描述
    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
    在这里插入图片描述
    curl 10.244.2.37
    在这里插入图片描述
    依旧能访问到相同的内容

    nfs共享存储卷

    示例

    本示例将 stor01 作为共享存储服务器,stor01 不需要加入 K8S 集群,但是需要在各节点的 /etc/hosts 中添加主机映射,如下
    在这里插入图片描述
    在 stor01 节点上安装 nfs
    yum -y install rpcbind nfs-utils
    配置nfs服务
    mkdir /data/volumes -p
    chmod 777 /data/volumes

    vim /etc/exports
    /data/volumes 192.168.188.0/24(rw,no_root_squash)

    systemctl start rpcbind
    systemctl start nfs

    showmount -e
    在这里插入图片描述
    回master节点创建 Pod
    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
    
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    kubectl apply -f pod-nfs-vol.yaml
    kubectl get pods -o wide
    在这里插入图片描述
    在 nfs 服务器(stor01)上创建index.html
    cd /data/volumes
    vim index.html

    nfs stor01

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    在 master 节点访问
    curl 10.244.2.38
    在这里插入图片描述
    删除 nfs 相关的pod,再重新创建,可以得到数据的持久化存储
    kubectl delete -f pod-nfs-vol.yaml

    kubectl apply -f pod-nfs-vol.yaml
    在这里插入图片描述
    curl 10.244.2.24
    依然是之前的内容,说明 nfs 共享存储的方式下,删除 Pod 并不会导致数据丢失
    在这里插入图片描述

    PVC 和 PV

    基本概念

    • 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。

    • 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 进行存储。

    • PV 和 PVC 是 Kubernetes 抽象出来的一种存储资源。

    • 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。

    PVC 的使用

    基础模式: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。
    问题:上面的模式需要先创建好 PV,然后定义好 PVC 进行一对一的 Bound,但是如果 PVC 请求成千上万,那么就需要创建成千上万的 PV,此时的维护成本很高。
    解决: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。
    模板模式: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。

    生命周期

    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)
    
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    • 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:绑定,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
    PV 的状态

    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
    具体流程

    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:
      1. Retain: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。
      2. Delete:K8S 会自动删除该 PV 及里面的数据。
      3. Recycle: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。

    基础操作

    查看pv的定义方式
    kubectl explain pv
    在这里插入图片描述
    基础格式

    KIND:     PersistentVolumeClaim
    VERSION:  v1
    FIELDS:
    	apiVersion: v1
    	kind: PersistentVolume
    	metadata:    #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 namespace
    	  name: 
        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)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 RWX(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 ROX 和 RWX。
          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)
    #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)
    
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    示例:NFS 使用 PV 和 PVC
    配置 nfs 存储

    在 stor01 上
    mkdir /data/volumes/v{1,2,3,4,5}

    vim /etc/exports

    /data/volumes/v1 192.168.188.0/24(rw,no_root_squash)
    /data/volumes/v2 192.168.188.0/24(rw,no_root_squash)
    /data/volumes/v3 192.168.188.0/24(rw,no_root_squash)
    /data/volumes/v4 192.168.188.0/24(rw,no_root_squash)
    /data/volumes/v5 192.168.188.0/24(rw,no_root_squash)
    
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    查看共享点
    exportfs -arv
    在这里插入图片描述
    或者 showmount -e
    在这里插入图片描述

    定义PV

    master 上定义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
    
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    kubectl apply -f pv-demo.yaml
    kubectl get pv
    在这里插入图片描述

    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-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
    
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    kubectl apply -f pod-pvc.yaml

    kubectl get pv
    在这里插入图片描述
    kubectl get pvc
    在这里插入图片描述

    测试访问

    在存储服务器(stor01)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
    在 master 节点上查看 Pod 的 IP
    kubectl get pods -o wide
    在这里插入图片描述
    访问测试
    curl 10.244.1.51
    在这里插入图片描述

    示例: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。
    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)。

    配置 nfs 服务

    在 stor01 节点上安装 nfs,并配置
    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

    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
    
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    kubectl apply -f nfs-client-rbac.yaml

    创建 NFS Provisioner

    使用 Deployment 来创建 NFS Provisioner
    NFS Provisione(即 nfs-client),有两个功能:

    • 在 NFS 共享目录下创建挂载点(volume)
    • 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
    在这里插入图片描述
    kubectl apply -f /etc/kubernetes/manifests/kube-apiserver.yaml
    kubectl delete pods kube-apiserver-master01 -n kube-system
    kubectl get pods -n kube-system | grep apiserver
    在这里插入图片描述

    创建 NFS Provisioner

    vim nfs-client-provisioner.yaml

    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    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
    
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    kubectl apply -f nfs-client-provisioner.yaml

    kubectl get pod
    在这里插入图片描述

    创建 StorageClass

    Storage Class 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
    
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    kubectl apply -f nfs-client-storageclass.yaml

    kubectl get storageclass
    在这里插入图片描述

    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
    
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    kubectl apply -f test-pvc-pod.yaml

    PVC 通过 StorageClass 自动申请到空间
    kubectl get pvc
    在这里插入图片描述

    检查 NFS 服务器

    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/
    在这里插入图片描述
    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
    echo “hello world” > test.txt
    在这里插入图片描述
    发现 NFS 服务器上存在,说明验证成功
    cat /opt/k8s/default-test-nfs-pvc-pvc-db1d4711-d32a-42e3-a200-1fe00ee56be5/test.txt
    在这里插入图片描述

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