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。
emptyDir可实现Pod中的容器之间共享目录数据,但是emptyDir卷不能持久化数据,会随着Pod生命周期结束而一起删除。
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: nginx:1.14
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
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
把Node节点上的目录/文件挂载到容器中,可实现持久化数据存储。但是存储空间会受到Node节点的单机限制,Node节点故障数据就会丢失,且Pod不能实现跨节点共享数据
创建步骤演示:
//在 node01 节点上创建挂载目录
mkdir -p /data/pod/volume1
echo 'this is node01' > /data/pod/volume1/index.html
//在 node02 节点上创建挂载目录
mkdir -p /data/pod/volume1
echo 'this is node02' > /data/pod/volume1/index.html
//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
#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
3.nfs共享存储卷
使用nfs服务将共享存储设备空间挂载到容器中,可实现持久化数据存储,且Pod能实现跨节点共享数据
//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 192.168.73.0/24(rw,no_root_squash)
systemctl start rpcbind
systemctl start nfs
showmount -e
Export list for stor01:
/data/volumes 192.168.73.0/24
//master节点操作
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
4. PVC 和 PV的静态存储卷
4.1 pv和pvc的介绍
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。
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。
4.2 pvc 和pv的创建过程及销毁过程
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
●Recycling,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:
一个PV创建完后状态会变成Available,等待被PVC绑定。
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。
Pod使用完后会释放PV,PV的状态变成Released。
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。
4.3 对pv的操作指导
kubectl explain pv #查看pv的定义方式
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
kubectl explain pv.spec #查看pv定义的规格
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
#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)
4.4 静态创建pv和pvc资源由pod运用过程
如图所示我们将选择一台k8s集群之外的服务器作为NFS共享存储服务器,并且按照图中的规格
创建pv,再由k8s集群创建pv资源和pvc资源,最后将其挂载在pod上进行使用
步骤一:在NFS主机上创建共享目录,并且进行exportfs发布
#创建共享目录
mkdir -p /data/vulumes/v{1..5}
#进行exports共项目录的编辑
vim /etc/exports
/data/vulumes/v1 192.168.73.0/24(rw,sync,no_root_squash)
/data/vulumes/v2 192.168.73.0/24(rw,sync,no_root_squash)
/data/vulumes/v3 192.168.73.0/24(rw,sync,no_root_squash)
/data/vulumes/v4 192.168.73.0/24(rw,sync,no_root_squash)
/data/vulumes/v5 192.168.73.0/24(rw,sync,no_root_squash)
#发布共享目录
exportfs -avf
步骤二:在master主机编写pv资源创建yaml
showmounte -e 192.168.50.32
vim pv-demo.yaml
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
name: pv0001
spec:
capacity:
storage: 1Gi
volumeMode: Filesystem
accessModes:
- ReadWriteOnce
- ReadWriteMany
persistentVolumeReclaimPolicy: Recycle
nfs:
path: /data/vulumes/v1
server: 192.168.50.32
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
name: pv0002
spec:
capacity:
storage: 2Gi
volumeMode: Filesystem
accessModes:
- ReadWriteOnce
persistentVolumeReclaimPolicy: Recycle
nfs:
path: /data/vulumes/v2
server: 192.168.50.32
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
name: pv0003
spec:
capacity:
storage: 2Gi
volumeMode: Filesystem
accessModes:
- ReadWriteOnce
- ReadWriteMany
persistentVolumeReclaimPolicy: Recycle
nfs:
path: /data/vulumes/v3
server: 192.168.50.32
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
name: pv0004
spec:
capacity:
storage: 4Gi
volumeMode: Filesystem
accessModes:
- ReadWriteOnce
- ReadWriteMany
persistentVolumeReclaimPolicy: Recycle
nfs:
path: /data/vulumes/v4
server: 192.168.50.32
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
name: pv0005
spec:
capacity:
storage: 5Gi
volumeMode: Filesystem
accessModes:
- ReadWriteOnce
- ReadWriteMany
persistentVolumeReclaimPolicy: Recycle
nfs:
path: /data/vulumes/v5
server: 192.168.50.32
kubectl apply -f pv-demo.yaml
步骤三:创建pvc资源,并且设置匹配绑定相应的pv
vim pvc-demo.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
name: myclaim
spec:
accessModes:
- ReadWriteMany
resources:
requests:
storage: 2Gi
kubectl apply -f pvc-demo.yaml
步骤四:创建pod,挂载共享卷,并且进行共享目录写入测试
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: mypod
spec:
containers:
- name: myapp
image: nginx:1.14
volumeMounts:
- mountPath: "/usr/share/nginx/html"
name: mypd
volumes:
- name: mypd
persistentVolumeClaim:
claimName: myclaim
kubectl apply -f pod-demo.yaml
5. StorageClass + nfs-client-provisioner搭建动态创建pv
5.1 StorageClass + nfs-client-provisioner的理解
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。
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/cepfs)。
5.2 具体的操作运用
步骤一: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 192.168.73.0/24(rw,no_root_squash,sync)
systemctl restart nfs
步骤二:创建 Service Account,用来管理 NFS Provisioner 在 k8s 集群中运行的权限和动态规则
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 #角色名
rules: 角色的权限
- 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 #账号名
namespace: default
roleRef:
kind: ClusterRole
name: nfs-client-provisioner-clusterrole #绑定角色名
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
kubectl apply -f nfs-client-rbac.yaml
步骤三:使用 Deployment 来创建 NFS Provisioner
vim /etc/kubernetes/manifests/kube-apiserver.yaml
spec:
containers:
- command:
- kube-apiserver
- --feature-gates=RemoveSelfLink=false #添加这一行
- --advertise-address=192.168.73.105
......
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
创建网络插件
#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
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
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.yaml
步骤五: 创建 PVC 和 Pod 测试
vim test-pvc-pod.yaml
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:
- ReadWriteMany
storageClassName: nfs-client-storageclass #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
静态PV的使用:
1、准备好存储设备和共享目录
2、创建PV资源,配置存储卷类型、访问模式(RWX,RWO,ROX)、存储能力大小
3、创建PVC资源,配置请求PV资源的访问模式和存储大小,绑定PV(一个PV只能绑定一个PVC)
4、创建Pod资源挂载PVC,配置存储卷类型为persistentVolumeClaim,在容器配置中定义存储卷挂载内容
StorageClass 简称 SC 资源 实现动态创建 PV 资源
StorageClass :可以调用指定的存储卷插件(provisioner),根据PVC的请求内容动态创建PV资源,使PV与PVC绑定
provisioner :在存储设备上创建PV资源的卷所使用的目录,将PV与卷目录建立关联
StorageClass + nfs-client-provisioner 动态创建PV:
1、准备好NFS服务器和共享目录
2、创建service account服务账户和RBAC授权,使得sa服务账户具有对PV,PVC,SC等资源的操作权限
3、创建nfs-client-provisioner存储卷插件Pod,配置中使用之前授权过的sa服务账户,设置环境变量定义provisioner的名称及NFS服务器地址和共享目录路径
4、创建StorageClass资源,配置中使用之前定义provisioner的名称
------------- 以上过程是一劳永逸的,以后只需要创建PVC就可以动态生成相关PV资源 -------------
5、创建PVC资源,配置中关联StorageClass资源。创建PVC资源后会在NFS服务器上自动生成相关的PV使用的目录,目录名以<pvc的namespace_name>-<pvc_name>-<pv_name>格式命名
6、创建Pod资源,配置存储卷类型为persistentVolumeClaim,在容器配置中定义存储卷挂载内容