Pod 动态分配存储空间实现持久化存储

配置 Pod 以使用 PersistentVolume 作为存储

​ 关于持久卷的介绍，可以看官方文档 https://kubernetes.io/zh-cn/docs/concepts/storage/persistent-volumes/

​ 持久卷根据存储位置，可以使用本地存储和云存储，如果有云服务平台，可以动态使用配置云资源（如Google Cloud Platform (GCP) 、 AWS、Azure）；使用的云提供商，需要使用相应的 provisioner 和参数，

​ provisioner: 指定存储插件（Provisioner），根据你实际环境调整。例如：

  • NFS 使用 nfs.csi.k8s.io
  • Ceph 使用 cephfs.csi.ceph.com
  • AWS 使用 kubernetes.io/aws-ebs

​ 云存储服务需要集群运行在云服务商提供的平台；如在 GCP 上运行 Kubernetes kubernetes.io/gce-pd；kubernetes.io/aws-ebs（适用于 AWS）或者 kubernetes.io/azure-disk（适用于 Azure），云存储服务有自带的 provisioner

​ 如果使用的是本地环境，可以使用以下几种方式来配置存储：

  1. 本地存储（Local Storage）
  2. NFS 存储
  3. 网络存储（如 iSCSI）

hostPath 类型

​ hostPath: 定义主机节点文件系统上的路径，作为存储位置。这里指定路径为 /mnt/repository；hostPath 类型的 PersistentVolume 使用节点上的文件或目

录来模拟网络附加存储

​ hostPath 卷 通常用于本地测试或单节点集群，在生产环境中并不推荐使用，因为它依赖于特定节点上的路径。在生产集群中，你不会使用 hostPath。 集群管理员会提供网络存储资源，比如 Google Compute Engine 持久盘卷、NFS 共享卷或 Amazon Elastic Block Store 卷。 集群管理员还可以使用 StorageClass 来设置动态制备存储

​ 确保在主机节点上存在 /mnt/repository 目录，并且 Kubernetes 进程对该目录有访问权限。

创建 PersistentVolume

hostPath PersistentVolume 的配置文件：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv-volume
  labels:
    type: local
spec:
  storageClassName: manual
  capacity:
    storage: 20Gi
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  hostPath:
    path: "/mnt/repository"

​ 这里是不使用动态分配的，因此是没有存储分配器来动态分配存储资源，即 kubernetes.io/no-provisioner， 配置文件指定卷位于集群节点上的 /mnt/repository 路径；其配置还指定了卷的容量大小为 20 GB，访问模式为 ReadWriteOnce， 这意味着该卷可以被单个节点以读写方式安装。 此配置文件还在 PersistentVolume 中定义了 StorageClass 的名称为 manual。 它将用于将 PersistentVolumeClaim 的请求绑定到此 PersistentVolume

​ 创建 PersistentVolume，查看 PersistentVolume 信息

image-20241123111956630

​ 输出结果显示该 PersistentVolume 的状态（STATUS）为 Available。 这意味着它还没有被绑定给 PersistentVolumeClaim

创建 PersistentVolumeClaim

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pv-claim
spec:
  storageClassName: manual
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 20Gi

​ 创建 PersistentVolumeClaim 之后，Kubernetes 控制平面将查找满足申领要求的 PersistentVolume。 如果控制平面找到具有相同 StorageClass 的适当的 PersistentVolume， 则将 PersistentVolumeClaim 绑定到该 PersistentVolume 上。

再次查看 PersistentVolume 信息：

image-20241123112203428

创建 Pod

创建一个使用 PersistentVolumeClaim 作为存储卷的 Pod

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: httpd-deployment
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: httpd
  template:
    metadata:
      labels:
        app: httpd
    spec:
      containers:
      - name: httpd
        image: m.daocloud.io/docker.io/httpd:latest
        ports:
        - containerPort: 80
        volumeMounts:
        - name: httpd-pvc
          mountPath: "/usr/local/apache2/htdocs"  # 挂载路径
      volumes:
      - name: httpd-pvc
        persistentVolumeClaim:
          claimName: pv-claim  # PVC 名称

​ 创建好之后可以看到，容器内部的文件夹与宿主机的文件夹的文件是同步的

image-20241124192726210

image-20241124192713637

NFS 存储

​ 在官方文档中并不建议使用 hostPath 卷，或者通常用于本地测试或单节点集群，在生产环境中并不推荐使用；因为我们显然可以发现一些问题，Pod 想要挂载本地磁盘，只能指定当前节点的文件路径作为存储，非常不灵活，且路径必须由管理员手动指定，无法动态分配存储资源

​ 解决动态分配可以使用存储资源自动调配器，想要灵活选择存储位置可以使用 NFS 不局限于本地存储路径

NFS Subdir External Provisioner

​ nfs-subdir-external-provisioner ，是一个存储资源自动调配器，它可将现有的 NFS 服务器通过持久卷声明来支持 Kubernetes 持久卷的动态分配。该组件是对 Kubernetes NFS-Client Provisioner 的扩展

安装 NFS Client

​ 所有的集群节点都需要安装客户端

sudo apt-get update && sudo apt-get install -y nfs-common

Helm 安装

# 添加 Helm 源
helm repo add nfs-subdir-external-provisioner https://kubernetes-sigs.github.io/nfs-subdir-external-provisioner
  • 命令行安装 NFS Subdir External Provisioner
helm install nfs-subdir-external-provisioner nfs-subdir-external-provisioner/nfs-subdir-external-provisioner --set storageClass.name=nfs-sc --set nfs.server=172.100.0.109 --set nfs.path=/mnt/nfs-repository -n nfs-system

说明：

–set storageClass.name=nfs-sc：指定 storageClass 的名字（没有的话会自己创建）

–set nfs.server=192.168.9.81：指定 NFS 服务器的地址

–set nfs.path=/data/k8s：指定 NFS 导出的共享数据目录

–set storageClass.defaultClass=true：指定为默认的 sc，本示例没使用

-n nfs-system：指定命名空间

​ 这里是会默认下载一个镜像 registry.k8s.io/sig-storage/nfs-subdir-external-provisioner:v4.0.2

  • 自定义 values 安装 NFS Subdir External Provisioner

​ 有更多定制化需求时可以选择自定义 values.yaml 的方式进行安装，实际使用中与命令行安装 NFS Subdir External Provisioner 并无区别，（如果网络限制无法下载镜像建议使用）

helm pull nfs-subdir-external-provisioner/nfs-subdir-external-provisioner

tar xvf nfs-subdir-external-provisioner-4.0.18.tgz
  • 查看 values.yaml 文件
cat nfs-subdir-external-provisioner/values.yaml | egrep -v '#|^$'

replicaCount: 1
strategyType: Recreate
image:
  repository: registry.k8s.io/sig-storage/nfs-subdir-external-provisioner
  tag: v4.0.2
  pullPolicy: IfNotPresent
imagePullSecrets: []
nfs:
  server:
  path: /nfs-storage
  mountOptions:
  volumeName: nfs-subdir-external-provisioner-root
  reclaimPolicy: Retain
storageClass:
  create: true
  defaultClass: false
  name: nfs-client
  allowVolumeExpansion: true
  reclaimPolicy: Delete
  archiveOnDelete: true
  onDelete:
  pathPattern:
  accessModes: ReadWriteOnce
  volumeBindingMode: Immediate
  annotations: {}
leaderElection:
  enabled: true
rbac:
  create: true
podSecurityPolicy:
  enabled: false
podAnnotations: {}
podSecurityContext: {}
securityContext: {}
serviceAccount:
  create: true
  annotations: {}
  name:
resources: {}
nodeSelector: {}
tolerations: []
affinity: {}
labels: {}
podDisruptionBudget:
  enabled: false
  maxUnavailable: 1
  • 根据自己集群实际配置更改
# 主要修改内容如下
image:
  repository: registry.k8s.io/sig-storage/nfs-subdir-external-provisioner  #镜像拉取地址，默认可能拉取不下来，建议替换成本地或是其他可正常访问的仓库，也可以使用我DockerHub上的的 unopsman/nfs-subdir-external-provisioner
  tag: v4.0.2             #镜像 tag 默认为 v4.0.2，可根据实际情况替换
nfs:
  server: 172.100.0.109    #指定 NFS 服务器的地址
  path: /mnt/nfs-repository         #指定 NFS 导出的共享数据目录
storageClass:
  defaultClass: false     #是否设置为默认的 StorageClass，本示例没设置，有需要的可以设置为 true
  name: nfs-sc            #指定 storageClass 的名字

​ 这里的挂载路径需要提前共享导出

/mnt/nfs-repository  *(rw,sync,no_subtree_check,no_root_squash)
  • 应用更改后的 values.yaml 安装下载
helm install nfs-subdir-external-provisioner nfs-subdir-external-provisioner/nfs-subdir-external-provisioner -f nfs-subdir-external-provisioner/values.yaml -n nfs-system

​image-20241124205800010

​ 正常情况下，查看 pod 的状态应该是 Running

image-20241123195020680

​ 如果出现一直为容器创建中的情况，查看日志报错为如下情况，需要在集群每一个节点不只是 master 上安装 nfs 客户端

image-20241124101119932

image-20241124101145706

# 安装 客户端
sudo apt-get update && sudo apt-get install -y nfs-common

验证测试

​ 因为我们现在有了 NFS Subdir External Provisioner 分配器，我们就需要向上面一样先申请 pv 再定义 pvc 绑定，然后 Pod 再挂载 PVC 了；我们可以直接创建 pvc ，分配器可以动态分配相应的 pv ，来绑定我们的 pvc；分配规则是由 storageClass 配置决定的

创建测试 PVC
kind: PersistentVolumeClaim
apiVersion: v1
metadata:
  name: test-nfs-pvc
spec:
  storageClassName: nfs-sc
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  resources:
    requests:
      storage: 1Gi

​ 正常情况下，查看 pvc 应该是绑定的状态，如果不是，有几种常见的错误

image-20241124103346052

image-20241123200000074

​ 如果是这两种情况，检查配置的路径是否共享导出了；编辑 /etc/exports 文件，并且重新导出

image-20241124101418191

image-20241124103450219

image-20241124205332885

/mnt/nfs-repository  *(rw,sync,no_subtree_check,no_root_squash)

​ 如果是这种情况，只要把存储目录的权限放开就好

image-20241123195946618

image-20241124103807259

​ 这是情况下的状态

image-20241124104627134

image-20241123195923410

创建测试 Pod
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: test-nfs-pod
spec:
  volumes:
    - name: test-nfs-pvc
      persistentVolumeClaim:
        claimName: test-nfs-pvc
  containers:
    - name: test-nfs-container
      image: nginx:latest
      ports:
        - containerPort: 80
          name: "http-server"
      volumeMounts:
        - mountPath: "/usr/share/nginx/html"
          name: test-nfs-pvc

​ 如果 pod 运行正常，在指定的目录下会自动创建目录文件并挂载到容器的指定目录下面

image-20241124105040279

image-20241124105122822

测试

image-20241124105502999

image-20241123210721772

image-20241123210741816

参考官网：

​ 配置 Pod 以使用 PersistentVolume 作为存储

​ 持久存储设计文档

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