Kubernetes—数据存储（一）-阿里云开发者社区

概述

容器的生命周期可能很短，会被频繁地创建和销毁。那么容器在销毁时，保存在容器中的数据也会被清除。这种结果对用户来说，在某些情况下是不乐意看到的。为了持久化保存容器的数据，kubernetes引入了Volume的概念。

Volume是Pod中能够被多个容器访问的共享目录，它被定义在Pod上，然后被一个Pod里的多个容器挂载到具体的文件目录下，kubernetes通过Volume实现同一个Pod中不同容器之间的数据共享以及数据的持久化存储。Volume的生命容器不与Pod中单个容器的生命周期相关，当容器终止或者重启时，Volume中的数据也不会丢失。

kubernetes的Volume支持多种类型，比较常见的有下面几个：

简单存储：EmptyDir、HostPath、NFS
高级存储：PV、PVC
配置存储：ConfigMap、Secret

基本存储

EmptyDir

EmptyDir是最基础的Volume类型，一个EmptyDir就是Host上的一个空目录。

EmptyDir是在Pod被分配到Node时创建的，它的初始内容为空，并且无须指定宿主机上对应的目录文件，因为kubernetes会自动分配一个目录，当Pod销毁时， EmptyDir中的数据也会被永久删除。 EmptyDir用途如下：

临时空间，例如用于某些应用程序运行时所需的临时目录，且无须永久保留
一个容器需要从另一个容器中获取数据的目录（多容器共享目录）

接下来，通过一个容器之间文件共享的案例来使用一下EmptyDir。

在一个Pod中准备两个容器nginx和busybox，然后声明一个Volume分别挂在到两个容器的目录中，然后nginx容器负责向Volume中写日志，busybox中通过命令将日志内容读到控制台。

创建一个volume-emptydir.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: volume-emptydir
  namespace: dev
spec:
  containers:
    - name: nginx
      image: nginx:1.14-alpine
      ports:
        - containerPort: 80
      volumeMounts:  # 将logs-volume挂在到nginx容器中，对应的目录为 /var/log/nginx
        - name: logs-volume
          mountPath: /var/log/nginx # 是nginx默认的日志路径
    - name: busybox
      image: busybox:1.30
      command: ["/bin/sh","-c","tail -f /logs/access.log"] # 初始命令，动态读取指定文件中内容
      volumeMounts:  # 将logs-volume 挂在到busybox容器中，对应的目录为 /logs
        - name: logs-volume
          mountPath: /logs
  volumes: # 声明volume， name为logs-volume，类型为emptyDir
    - name: logs-volume
      emptyDir: {}

# 创建
[root@master ingress-controller]# kubectl apply -f volume-emptydir.yaml 
pod/volume-emptydir created
# 查看pod
[root@master ingress-controller]# kubectl get pods -n dev -o wide
NAME              READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE    NOMINATED NODE   READINESS GATES
volume-emptydir   2/2     Running   0          19s   10.244.2.46   node2   <none>           <none>
# 访问nginx使其产生日志信息，通过podIp访问nginx
[root@master ingress-controller]# curl 10.244.2.46
[root@master ingress-controller]# curl 10.244.2.46
[root@master ingress-controller]# curl 10.244.2.46
# 通过kubectl logs命令查看指定容器的标准输出
[root@master ingress-controller]# kubectl logs -f volume-emptydir -n dev -c busybox
10.244.0.0 - - [04/Mar/2022:07:45:33 +0000] "GET / HTTP/1.1" 200 612 "-" "curl/7.29.0" "-"
10.244.0.0 - - [04/Mar/2022:07:45:36 +0000] "GET / HTTP/1.1" 200 612 "-" "curl/7.29.0" "-"
10.244.0.0 - - [04/Mar/2022:07:45:36 +0000] "GET / HTTP/1.1" 200 612 "-" "curl/7.29.0" "-"

HostPath

上面EmptyDir提到，EmptyDir中数据不会被持久化，它会随着Pod的结束而销毁，如果想简单的将数据持久化到主机中，可以选择HostPath。

HostPath就是将Node主机中一个实际目录挂在到Pod中，以供容器使用，这样的设计就可以保证Pod销毁了，但是数据依据可以存在于Node主机上。

创建一个volume-hostpath.yaml：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: volume-hostpath
  namespace: dev
spec:
  containers:
    - name: nginx
      image: nginx:1.17.1
      ports:
        - containerPort: 80
      volumeMounts:
        - name: logs-volume
          mountPath: /var/log/nginx
    - name: busybox
      image: busybox:1.30
      command: [ "/bin/sh","-c","tail -f /logs/access.log" ]
      volumeMounts:
        - name: logs-volume
          mountPath: /logs
  volumes:
    - name: logs-volume
      hostPath:
        path: /root/logs
        type: DirectoryOrCreate  # 目录存在就使用，不存在就先创建后使用

关于type的值的一点说明：
  DirectoryOrCreate 目录存在就使用，不存在就先创建后使用
  Directory 目录必须存在
  FileOrCreate  文件存在就使用，不存在就先创建后使用
  File 文件必须存在 
    Socket  unix套接字必须存在
  CharDevice  字符设备必须存在
  BlockDevice 块设备必须存在

# 创建Pod
[root@master k8sYamlForCSDN]# kubectl apply -f volume-hostpath.yaml 
pod/volume-hostpath created
# 查看Pod
[root@master k8sYamlForCSDN]# kubectl get pods -n dev -o wide
NAME              READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP             NODE    NOMINATED NODE   READINESS GATES
volume-hostpath   2/2     Running   0          2m52s   10.244.1.109   node1   <none>           <none>
#访问nginx
[root@master k8sYamlForCSDN]# curl 10.244.1.109
[root@master k8sYamlForCSDN]# curl 10.244.1.109
# 接下来就可以去host的/root/logs目录下查看存储的文件了
###  注意: 下面的操作需要到Pod所在的节点运行（案例中是node1）
[root@node1 ~]# tail -f /root/logs/access.log 
10.244.0.0 - - [04/Mar/2022:07:58:29 +0000] "GET / HTTP/1.1" 200 612 "-" "curl/7.29.0" "-"
10.244.0.0 - - [04/Mar/2022:07:58:31 +0000] "GET / HTTP/1.1" 200 612 "-" "curl/7.29.0" "-"
# 删除pod，查看目录，文件还存在
[root@master k8sYamlForCSDN]# kubectl delete -f volume-hostpath.yaml 
pod "volume-hostpath" deleted
[root@node1 ~]# ls /root/logs/
access.log  error.log
# 同样的道理，如果在此目录下创建一个文件，到容器中也是可以看到的

NFS

HostPath可以解决数据持久化的问题，但是一旦Node节点故障了，Pod如果转移到了别的节点，又会出现问题了（会有新的hostpath volume在别的Node创建，但是原来的数据丢失了），此时需要准备单独的网络存储系统，比较常用的用NFS、CIFS。

NFS是一个网络文件存储系统，可以搭建一台NFS服务器，然后将Pod中的存储直接连接到NFS系统上，这样的话，无论Pod在节点上怎么转移，只要Node跟NFS的对接没问题，数据就可以成功访问。

首先要准备nfs的服务器，这里为了简单，直接是master节点做nfs服务器

# 在master上安装nfs服务
[root@master ~]# yum install nfs-utils -y
# 准备一个共享目录
[root@master ~]# mkdir /root/data/nfs -pv
# 将共享目录以读写权限暴露给192.168.109.0/24网段中的所有主机
[root@master ~]# vim /etc/exports
# 写入下面这句话，wq保存退出
/root/data/nfs     192.168.109.0/24(rw,no_root_squash)
# 启动nfs服务
[root@master ~]# systemctl start nfs

接下来，要在的每个node节点上都安装下nfs，这样的目的是为了node节点可以驱动nfs设备

# 在node上安装nfs服务，注意不需要启动
[root@master ~]# yum install nfs-utils -y

现在可以编写pod的配置文件了，创建volume-nfs.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: volume-nfs
  namespace: dev
spec:
  containers:
    - name: nginx
      image: nginx:1.17.1
      ports:
        - containerPort: 80
      volumeMounts:
        - name: logs-volume
          mountPath: /var/log/nginx
    - name: busybox
      image: busybox:1.30
      command: [ "/bin/sh","-c","tail -f /logs/access.log" ]
      volumeMounts:
        - name: logs-volume
          mountPath: /logs
  volumes:
    - name: logs-volume
      nfs:
        server: 192.168.109.100  #nfs服务器地址
        path: /root/data/nfs #共享文件路径

最后，运行下pod，观察结果

# 创建pod
[root@master ingress-controller]# kubectl apply -f volume-nfs.yaml 
pod/volume-nfs created
# 查看pod
[root@master ingress-controller]# kubectl get pods -n dev
NAME         READY   STATUS    RESTARTS   AGE
volume-nfs   2/2     Running   0          29s
# 访问两次
[root@master data]# curl 10.244.2.48
[root@master data]# curl 10.244.2.48
# 查看nfs服务器上的共享目录，发现已经有文件了
[root@master ingress-controller]# cd /root/data/nfs
[root@master nfs]# ls
access.log  error.log
[root@master nfs]# tail -f access.log 
10.244.0.0 - - [04/Mar/2022:08:14:33 +0000] "GET / HTTP/1.1" 200 612 "-" "curl/7.29.0" "-"
10.244.0.0 - - [04/Mar/2022:08:14:34 +0000] "GET / HTTP/1.1" 200 612 "-" "curl/7.29.0" "-"

高级存储

PV和PVC

前面已经学习了使用NFS提供存储，此时就要求用户会搭建NFS系统，并且会在yaml配置nfs。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）是持久化卷的意思，是对底层的共享存储的一种抽象。一般情况下PV由kubernetes管理员进行创建和配置，它与底层具体的共享存储技术有关，并通过插件完成与共享存储的对接。

PVC（Persistent Volume Claim）是持久卷声明的意思，是用户对于存储需求的一种声明。换句话说，PVC其实就是用户向kubernetes系统发出的一种资源需求申请。

使用了PV和PVC之后，工作可以得到进一步的细分：

存储：存储工程师维护

PV： kubernetes管理员维护
PVC：kubernetes用户维护

PV

PV是存储资源的抽象，下面是资源清单文件:

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv2
spec:
  nfs: # 存储类型，与底层真正存储对应（nfs,cifs...）
  capacity: # 存储能力，目前只支持存储空间的设置
    storage: 2Gi
  accessModes:  # 访问模式
  storageClassName: # 存储类别
  persistentVolumeReclaimPolicy: # 回收策略

PV 的关键配置参数说明：

存储类型
底层实际存储的类型，kubernetes支持多种存储类型，每种存储类型的配置都有所差异

存储能力（capacity）

目前只支持存储空间的设置( storage=1Gi )，不过未来可能会加入IOPS、吞吐量等指标的配置

访问模式（accessModes）

用于描述用户应用对存储资源的访问权限，访问权限包括下面几种方式：

ReadWriteOnce（RWO）：读写权限，但是只能被单个节点挂载
ReadOnlyMany（ROX）：只读权限，可以被多个节点挂载

ReadWriteMany（RWX）：读写权限，可以被多个节点挂载

需要注意的是，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）

当PV不再被使用了之后，对其的处理方式。目前支持三种策略：

Retain （保留）保留数据，需要管理员手工清理数据
Recycle（回收）清除 PV 中的数据，效果相当于执行 rm -rf /thevolume/*
Delete （删除）与 PV 相连的后端存储完成 volume 的删除操作，当然这常见于云服务商的存储服务

需要注意的是，底层不同的存储类型可能支持的回收策略不同

存储类别
PV可以通过storageClassName参数指定一个存储类别
具有特定类别的PV只能与请求了该类别的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）

一个 PV 的生命周期中，可能会处于4中不同的阶段：

Available（可用）：表示可用状态，还未被任何 PVC 绑定
Bound（已绑定）：表示 PV 已经被 PVC 绑定

Released（已释放）：表示 PVC 被删除，但是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

实验

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。

准备NFS环境

# 创建目录
[root@master ~]# mkdir /root/data/{pv1,pv2,pv3} -pv
# 暴露服务
[root@master ~]# vi/etc/exports
/root/data/pv1     192.168.109.0/24(rw,no_root_squash)
/root/data/pv2     192.168.109.0/24(rw,no_root_squash)
/root/data/pv3     192.168.109.0/24(rw,no_root_squash)
# 重启服务
[root@master ~]#  systemctl restart nfs

创建pv.yaml

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name:  pv1
spec:
  capacity:
    storage: 1Gi
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  nfs:
    path: /root/data/pv1
    server: 192.168.109.100
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name:  pv2
spec:
  capacity:
    storage: 2Gi
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  nfs:
    path: /root/data/pv2
    server: 192.168.109.100
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name:  pv3
spec:
  capacity:
    storage: 3Gi
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  nfs:
    path: /root/data/pv3
    server: 192.168.109.100

创建

# 创建 pv
[root@master k8sYamlForCSDN]# kubectl apply -f pv.yaml 
persistentvolume/pv1 created
persistentvolume/pv2 created
persistentvolume/pv3 created
# 查看pv
[root@master k8sYamlForCSDN]# kubectl get pv -o wide
NAME   CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS      CLAIM   STORAGECLASS   REASON   AGE   VOLUMEMODE
pv1    1Gi        RWX            Retain           Available                                   16s   Filesystem
pv2    2Gi        RWX            Retain           Available                                   16s   Filesystem
pv3    3Gi        RWX            Retain           Available                                   16s   Filesystem

Kubernetes—数据存储（二）：https://developer.aliyun.com/article/1417782

Kubernetes—数据存储（一）

概述

基本存储

EmptyDir

HostPath

NFS

高级存储

PV和PVC

PV

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