k8s教程（Volume篇）-PVC详解

01 引言

声明：本文为《Kubernetes权威指南：从Docker到Kubernetes实践全接触（第5版）》的读书笔记

在上一篇博客《k8s教程（Volume篇）-PV详解》，我们了解了持久卷的工作原理，本文继续深入学习PVC。

02 PVC详解

PVC作为用户对存储资源的需求申请，主要涉及存储空间请求、访问模式、 PV选择条件和存储类别等信息的设置。

2.1 参数配置

下例声明的PVC具有如下属性：申请8GiB存储空间，访问模式为ReadWriteOnce，PV选择条件为包含release=stable标签并且包含条件为environment In[dev]的标签，存储类别为“slow”（要求在系统中已存在名为slow的StorageClass)：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeclaim 
metadata:
  name: myclaim 
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  volumeMode: Filesystem
  resources:
    requests:
      storage: 8Gi
  storageClassName: slow 
  selector:
    matchLabels:
      release: "stable"
    matchExpressions:
      - {key: environment, operator: In, values: [dev]}

对PVC的关键配置参数说明如下：

2.1.1 资源请求(Resources）

资源请求(Resources）：描述对存储资源的请求，通过 resources.requests.storage字段设置需要的存储空间大小。

2.1.2 访问模式 (Access Modes)

访问模式 (Access Modes)：PVC也可以设置访问模式，用于描述用户应用对存储资源的访问权限。其三种访问模式的设置与PV的设置相同。

2.1.3 存储卷模式(Volume Modes)

存储卷模式(Volume Modes)：PVC也可以设置存储卷模式，用于描述希望使用的PV存储卷模式，包括文件系统（Filesystem）和块设备 (Block) 。

PVC设置的存储卷模式应该与PV存储卷模式相同，以实现绑定，如果不同，则可能出现不同的绑定结果。在各种组合模式下是否可以绑定的结果如下图所示：

2.1.4 PV选择条件 (Selector）

PV选择条件 (Selector）：通过Label Selector的设置，可使PVC对于系统中己存在的各种PV进行筛选。系统将根据标签选出合适的PV与该PVC进行绑定。

对选择条件可以使用matchLabels和matchExpressions进行设置，如果两个字段都已设置，则Selector的逻辑将是两组条件同时满足才能完成匹配。

2.1.5 存储类别(Class)

存储类别(Class)：PVC在定义时可以设定需要的后端存储的类别（通过storageClassName字段指定），以减少对后端存储特性的详细信息的依赖。只有设置了该Class的PV才能被系统选出，并与该PVC进行绑定。

PVC也可以不设置 Class 需求，如果 storageClassName 字段的值被设置为空 (storageClassName=""），则表示该PVC不要求特定的Class，系统将只选择未设定Class的PV与之匹配和绑定。PVC也可以完全不设置storageClassName字段， 此时将根据系统是否启用了名为DefaultStorageClass的admission controller进行相应的操作。

启用DefaultStorageClass：要求集群管理员己定义默认的StorageClass。

• 如果在系统中不存在默认的StorageClass，则等效于不启用DefaultStorageClass的情况；
• 如果存在默认的StorageClass，则系统将自动为PVC创建一个PV （使用默认StorageClass的后端存储），并将它们进行绑定；
• 集群管理员设置默认 StorageClass 时，会在 StorageClass 的定义中加上一个 annotation“storageclass.kubernetes.io/is-default-class=true”；
• 如果管理员将多个StorageClass都定义为default，则由于不唯一，系统将无法创建PVC。

未启用DefaultStorageClass：等效于PVC设置storageClassName的值为空(storageClassName=“），即只能选择未设定Class的PV与之匹配和绑定。

• 当Selector和Class都进行了设置时，系统将选择两个条件同时满足的PV与之匹配。

另外，如果PVC设置了Selector，则系统无法使用动态供给模式为其分配PV。

03 Pod使用PVC

在PVC创建成功之后，Pod就可以以存储卷（Volume）的方式使用PVC的存储资源了。

PVC受限于命名空间，Pod在使用PVC时必须与PVC处于同一个命名空间。

Kubernetes为Pod挂载PVC的过程如下：系统在Pod所在的命名空间中找到其配置的PVC，然后找到PVC绑定的后端PV，将PV存储挂载到Pod所在Node的目录下，最后将Node的目录挂载到Pod的容器内。

3.1 举例

3.1.1 举例：默认模式 (Filesystem）

在Pod中使用PVC时，需要在YAML配置中设置PVC类型的Volume，然后在容器中通过volumeMounts.mountPath设置容器内的挂载目录，示例如下：

apiversion: v1
kind: Pod 
metadata:
  name: mypod 
spec:
  containers:
  - name: myfrontend
      image: nginx 
      volumeMounts:
    - mountPath: "/var/www/html" 
      name: mypd
    volumes:
      - name: mypd
      persistentVolumeClaim:
        claimName: myclaim

3.1.2 举例：存储卷模式为块设备（Block）

如果存储卷模式为块设备（Block），则PVC的配置与默认模式 (Filesystem）略有不同，下面对如何使用裸块设备 （Raw Block Device) 进行说明。

假设使用裸块设备的PV已创建，例如：

apiVersion: V1
kind: PersistentVolume 
metadata:
  name: block-pv 
spec:
  capacity:
    storage: 10Gi 
  accessModes:
    - ReadwriteOnce
  volumeMode: Block
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain 
  fc:
    targetWwNs: ["50060e801049cfa1"]
    lun: 0
    readOnly: false

PVC的YAML配置示例如下：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: block-pvc 
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  volumeMode: Block
  resources:
    requests:
      storage: 10Gi

使用裸块设备PVC的Pod定义如下：

与文件系统模式PVC的用法不同，容器不使用volumeMounts设置挂载目录，而是通过volumeDevices字段设置块设备的路径devicePath

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-with-block-volume
spec:
  containers:
    - name: fc-container
        image: fedora:26
        conmand: ["/bin/sh", "-c"] 
        args: ["tail -f /dev/nul1"]
        volumeDevices:
      - name: data
          devicePath: /dev/xvda
  volumes:
    - name: data
      persistentVolumeClaim:
        claimName: block-pvc

在某些应用场景中，同一个Volume可能会被多个Pod或者一个Pod中的多个容器共享，此时可能存在各应用程序需要使用不同子目录的需求。这可以通过Pod 的volumeMounts定义的subPath字段进行设置。通过对subPath的设置，在容器中将以subPath设置的目录而不是在Volume中提供的默认根目录作为根目录使用。

下面的两个容器共享同一个PVC（及后端PV)，但是各自在Volume中可以访问的根目录由subPath进行区分，mysql容器使用Volume中的mysql子目录作为根目录，php容器使用Volume中的html子目录作为根目录：

apiVersion: v1 
kind: Pod
metadata:
  name: mysql 
spec:
  containers:
  - name: mysql 
    image: mysql 
    env:
      name: MY_SQL_ROOT_PASSWORD 
    value: "rootpasswd" 
  volumeMounts:
  - mountPath: /var/lib/mysql 
    name: site-data
    subPath: mysql
  - name: php
    image: php:7.0-apache 
  volumeMounts:
  - mountPath: /var/www/html 
    name: site-data
    suoPath: html
  volumes:
  - name: site-data
    persistentVolumeClain:
      claimName: site-data-pvc

注意，subPath中的路径名称不能以“/”开头，需要用相对路径的形式。

在一些应用场景中，如果希望通过环境变量来设置subPath路径，例如使用 Pod名称作为子目录的名称，则可以通过 subPathExpr 字段提供支持。subPathExpr字段用于将Downward API的环境变量设置为存储卷的子目录。需要注意的是，subPathExpr字段和subPath字段是互斥的，不能同时使用。

下面的例子通过Downward API将Pod名称设置为环境变量POD_NAME，然后在挂载存储卷时设置subPathExpr=$ (POD_NAME) 子目录：

apiversion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod1
spec:
  containers:
  - name: container1
    env:
    - name: POD_NAME 
      valueFrom:
      fieldRef:
        apiVersion: v1
        fieldPath: metadata.name
      image: busybox
    command: ["sh","-c", "while [true];do do echo 'Hello';sleep 10; done | tee -a /logs/hello .txt" ]
    volumeMounts:
      - name: workdir1
        mountPath: /logs
      subPathExpr: $ (POD NAME) 
   restartPolicy: Never 
   volumes:
   - name: workdir1
   hostPath:
    path: /var/log/pods

04 文末

本文主要讲解了PVC，以及Pod使用PVC，希望能帮助到大家，谢谢大家的阅读，本文完！