K8S中高级存储之PV和PVC

高级存储

PV和PVC

由于kubernetes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， kubernetes引入PV和PVC两种资源对象。

  • PV（Persistent Volume）

    • PV是Kubernetes中的一个API对象，它代表集群中的一块存储，这块存储已经预先按照某种方式设置好了，并且可以被多个用户使用。PV是集群资源，由Kubernetes管理员预先配置，它们不会因Pod的终止而消失，因此被称为“持久化”。PV可以采用多种形式，例如本地存储、网络附加存储（NAS）、云存储服务等。

  • PVC（Persistent Volume Claim）

    • PVC是用户对存储的请求，它允许用户以声明式的方式请求存储资源，而无需关心存储的具体实现细节。用户定义所需的存储容量、访问模式和存储类别（如果需要），然后提交PVC请求。

image-20240523113710183

 PV（Persistent Volume）

  • PV（Persistent Volume）在Kubernetes中指的是持久化卷，它是一种存储抽象的概念，代表了集群中的一块存储，这可以是本地磁盘、网络附加存储（NAS）、或者云存储等。PV与底层存储的具体实现细节相解耦，使得Kubernetes管理员可以灵活地管理存储资源。

PV的主要特点包括

  • 独立性：PV独立于Pod存在，即使使用PV的Pod被删除，PV中的数据也不会丢失。

  • 持久性：PV在设计上用于数据的持久化存储，它们在Kubernetes集群中是长寿命的。

  • 可配置性：Kubernetes管理员可以配置PV的大小、访问模式（如ReadWriteOnce、ReadOnlyMany、ReadWriteMany）以及存储类别（StorageClass）。

  • 可重用性：PV一旦被创建，可以被多个Pod重用，只要它们的访问模式和存储需求相匹配。

  • 动态供应：通过StorageClass资源，Kubernetes可以自动创建PV以满足PVC的请求，这个过程称为动态存储供应。

 PV的生命周期

  • 创建：Kubernetes管理员根据集群的存储需求预先创建PV资源。

  • 绑定：当用户提交PVC（Persistent Volume Claim）请求时，Kubernetes会尝试找到一个匹配的PV进行绑定。

  • 使用：绑定成功后，PV可以被Pod通过PVC访问和使用。

  • 回收：当PVC被删除时，PV可以被释放并根据回收策略进行清理，以便再次使用或保持其数据。

 

PV关键配置参数

  • 存储类型

    • 定义：底层实际存储的类型，Kubernetes 支持多种存储类型，如 NFS、iSCSI、glusterFS 等，每种类型的配置都会有所不同。

    • 影响因素：不同存储类型可能支持的访问模式和回收策略不同。

  • 存储能力（capacity）

    • 定义：当前主要支持存储空间的设置（如 storage=1Gi），但未来可能会增加 IOPS、吞吐量等其他性能指标的配置。

    • 注意事项：存储能力的设置直接影响到 PV 能够提供给 Pod 的存储空间大小。

    • 访问模式（accessModes）

    • 定义：描述用户应用对存储资源的访问权限，包括：

      • ReadWriteOnce（RWO）：读写权限，但只能被单个节点挂载。

      • ReadOnlyMany（ROX）：只读权限，可被多个节点挂载。

      • ReadWriteMany（RWX）：读写权限，可被多个节点挂载。

    • 注意事项：底层不同的存储类型可能支持的访问模式不同。

  • 回收策略（persistentVolumeReclaimPolicy）

    • 定义：当 PV 不再被使用时，对其的处理方式，包括：

      • Retain（保留）：保留数据，需管理员手动清理。

      • Recycle（回收）：清除 PV 中的数据。

      • Delete（删除）：与 PV 相关联的后端存储完成 volume 删除操作。

    • 注意事项：底层不同的存储类型可能支持的回收策略不同。

  • 存储类别（storageClassName）

    • 定义：通过 storageClassName 参数指定一个存储类别，有助于管理和组织不同类型的存储资源。

    • 绑定规则：具有特定类别的 PV 只能与请求了该类别的 Persistent Volume Claim (PVC) 进行绑定；未设定类别的 PV 则只能与不请求任何类别的 PVC 进行绑定。

  • 状态（status）

    • 定义：PV 在生命周期中的状态，包括：

      • Available（可用）：表示可用状态，尚未被任何 PVC 绑定。

      • Bound（已绑定）：表示 PV 已经被 PVC 绑定。

      • Released（已释放）：表示 PVC 被删除，但资源还未被集群重新声明。

      • Failed（失败）：表示该 PV 的自动回收失败。

示例

  • 使用NFS作为存储，来演示PV的使用，创建3个PV，对应NFS中的3个暴露的路径

[root@k8s-master ~]# mkdir /data/pv{1..3} -p
[root@k8s-master ~]# vim /etc/exports、
[root@k8s-master ~]# cat /etc/exports
/nfstest 192.168.58.0/24(rw,no_root_squash)
/data/pv1 192.168.58.0/24(rw,no_root_squash)
/data/pv2 192.168.58.0/24(rw,no_root_squash)
/data/pv3 192.168.58.0/24(rw,no_root_squash)
[root@k8s-master ~]# exportfs -arv
exporting 192.168.58.0/24:/data/pv3
exporting 192.168.58.0/24:/data/pv2
exporting 192.168.58.0/24:/data/pv1
exporting 192.168.58.0/24:/nfstest

 

  • 创建pv配置文件

[root@k8s-master ~]# cat pv.yaml 
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv1
spec:
  capacity:
    storage: 1Gi
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  nfs:
    path: /data/pv1
    server: k8s-master

---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv2
spec:
  capacity:
    storage: 2Gi
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  nfs:
    path: /data/pv2
    server: k8s-master

---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv3
spec:
  capacity:
    storage: 3Gi
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  nfs:
    path: /data/pv3
    server: k8s-master
[root@k8s-master ~]# kubectl apply -f pv.yaml 
persistentvolume/pv1 created
persistentvolume/pv2 created
persistentvolume/pv3 created
[root@k8s-master ~]# kubectl get pv -w
NAME   CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS      CLAIM   STORAGECLASS   REASON   AGE
pv1    1Gi        RWX            Retain           Available                                   14s
pv2    2Gi        RWX            Retain           Available                                   14s
pv3    3Gi        RWX            Retain           Available                                   14s

当前PV的状态为available为可用状态；

PVC（Persistent Volume Claim）

PVC 的关键配置参数

  • 访问模式（accessModes）

    • 定义：描述用户应用对存储资源的访问权限。

    • 可选值

      • ReadWriteOnce：表示该卷可以被集群中的一个节点挂载为读写模式。

      • ReadOnlyMany：表示该卷可以被集群中的多个节点挂载为只读模式。

      • ReadWriteMany：表示该卷可以被集群中的多个节点同时挂载为读写模式。

    • 注意事项：不同的存储类型可能支持的访问模式不同。

  • 选择条件（selector）

    • 定义：通过 Label Selector 的设置，使 PVC 对系统中已存在的 PV 进行筛选。

    • 作用：允许 PVC 根据标签选择特定的 PV，从而实现更灵活的存储资源管理。

    • 示例：matchLabels: { app: myapp } 表示 PVC 会尝试绑定标签为 { app: myapp } 的 PV。

  • 存储类别（storageClassName）

    • 定义：PVC 在定义时可以设定需要的后端存储的类别。

    • 作用：只有设置了相同 storageClassName 的 PV 才能被系统选出作为 PVC 的目标。

    • 示例：storageClassName: standard 表示 PVC 要求使用名为 standard 的存储类别。

  • 资源请求（Resources）

    • 定义：PVC 中的资源请求字段用于指定 PVC 需要的最小存储空间大小。

    • 示例：resources.requests.storage: 5Gi 表示 PVC 请求至少需要 5GB 的存储空间。

    • 注意事项：PVC 的资源请求必须小于或等于 PV 提供的最大存储空间，否则 PVC 无法成功绑定到 PV 上。

[root@k8s-master ~]# cat pvc.yaml 
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pvc1
  namespace: test
spec:
  accessModes:
  - ReadWriteMany
  resources:
    requests:
      storage: 10Mi

---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pvc2
  namespace: test
spec:
  accessModes:
  - ReadWriteMany
  resources:
    requests:
      storage: 10Mi

---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pvc3
  namespace: test
spec:
  accessModes:
  - ReadWriteMany
  resources:
    requests:
      storage: 10Mi

[root@k8s-master ~]# kubectl create ns test 
namespace/test created
[root@k8s-master ~]# kubectl apply -f pvc.yaml 
persistentvolumeclaim/pvc1 created
persistentvolumeclaim/pvc2 created
persistentvolumeclaim/pvc3 created
[root@k8s-master ~]# kubectl get pvc -w
^C[root@k8s-master ~]# kubectl get pvc -n test 
NAME   STATUS   VOLUME   CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
pvc1   Bound    pv1      1Gi        RWX                           18s
pvc2   Bound    pv2      2Gi        RWX                           18s
pvc3   Bound    pv3      3Gi        RWX                           18s
[root@k8s-master ~]# kubectl get pv -o wide
NAME   CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS   CLAIM       STORAGECLASS   REASON   AGE     VOLUMEMODE
pv1    1Gi        RWX            Retain           Bound    test/pvc1                           2m55s   Filesystem
pv2    2Gi        RWX            Retain           Bound    test/pvc2                           2m55s   Filesystem
pv3    3Gi        RWX            Retain           Bound    test/pvc3                           2m55s   Filesystem

 创建PVC之后PV的状态变为已绑定；

  • 创建pods.yaml, 使用pv

[root@k8s-master ~]# cat pods.yaml 
---
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod1
  namespace: test
spec:
  containers:
  - name: busybox
    image: busybox:1.30
    command: ["/bin/sh", "-c", "while true; do echo pod1 >> /root/out.txt; sleep 10; done;"]
    volumeMounts:
    - name: volume
      mountPath: /root/
  volumes:
  - name: volume
    persistentVolumeClaim:
      claimName: pvc1
      readOnly: false

---
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod2
  namespace: test
spec:
  containers:
  - name: busybox
    image: busybox:1.30
    command: ["/bin/sh", "-c", "while true; do echo pod2 >> /root/out.txt; sleep 10; done;"]
    volumeMounts:
    - name: volume
      mountPath: /root/
  volumes:
  - name: volume
    persistentVolumeClaim:
      claimName: pvc2
      readOnly: false
[root@k8s-master ~]# kubectl apply -f  pods.yaml 
pod/pod1 created
pod/pod2 created
[root@k8s-master ~]# kubectl get pods -n test 
NAME   READY   STATUS              RESTARTS   AGE
pod1   0/1     ContainerCreating   0          6s
pod2   0/1     ContainerCreating   0          6s
[root@k8s-master ~]# kubectl get pods -n test  -w
NAME   READY   STATUS              RESTARTS   AGE
pod1   0/1     ContainerCreating   0          9s
pod2   0/1     ContainerCreating   0          9s
pod1   1/1     Running             0          9s
pod2   1/1     Running             0          10s
^C[root@k8s-master ~]# kubectl get pods -n test -o wide
NAME   READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP               NODE        NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod1   1/1     Running   0          20s   10.244.169.129   k8s-node2   <none>           <none>
pod2   1/1     Running   0          20s   10.244.36.74     k8s-node1   <none>           <none>

"while true; do echo pod1 >> /root/out.txt; sleep 10; done;"：while循环每十秒输出pod1到/root/out.txt中；

[root@k8s-master ~]#  cat /data/pv1/out.txt 
pod1
pod1
[root@k8s-master ~]# cat /data/pv2/out.txt 
pod2
pod2
pod2
[root@k8s-master ~]#  cat /data/pv1/out.txt 
pod1
pod1
pod1
pod1
pod1
pod1
pod1
pod1
pod1
pod1
pod1
pod1
pod1
pod1
pod1
pod1
pod1

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