Kubernetes存储（13）

摘要

介绍在Kubernetes中使用存储的多种方式
 emptyDir
 HostPath
 PV和PVC

目标

 区分不同volume使用方式
 使用emptyDir
 使用HostPath
 使用PV和PVC为Pod提供存储

1. EmptyDir

1.1 Volume

volume用来解决以下2个问题：
1.文件的永久保存，避免pod重启后修改消失
2.pod间的文件共享

在一个Pod使用过程中，会进行很多操作，修改一些文件，安装一些程序等等。但当我们重启容器之后，会发现容器往往又回到了初始的状态，所有的修改都丢失了
除了希望数据不在Pod重启后丢失，我们有时候也需要在Pod间共享文件，因此，kubernetes抽象除了Volume对象来解决这两个问题

1.2 Volume类型

Kubernetes支持的卷类型非常丰富，包括：
 NFS文件系统。（nas存储）
 Cephfs等分布式存储系统。
 awsElasticBlockStore，azureDisk等公有云存储服务。
 emptyDir，configMap，hostPath等kubernetes内置存储类型。
 ISCSI，FC等等…… （后端存储，如 san光纤存储）

1.3 EmptyDir

当 Pod 指定到某个节点上时，首先创建的是一个 emptyDir 卷，并且只要 Pod 在该节点上运行，卷就一直存在。就像它的名称表示的那样，卷最初是空的。尽管Pod 中的容器挂载 emptyDir 卷的路径可能相同也可能不同，但是这些容器都可以读写 emptyDir 卷中相同的文件。当 Pod 因为某些原因被从节点上删除时，emptyDir 卷中的数据也会永久删除。

image.png

备注，我们知道每个pod中都会有一个宿主容器-pause，pod的存储和ip都是挂载在pause上。这个emptydir 也是挂载在pause容器上。

1.4 创建一个使用EmptyDir的Pod

创建使用emptyDir时需要配置两个参数：
 Spec.containers.volumeMounts: 设置volume的挂载点。
 Spec.volumes: 配置volume。
默认配置如下

[root@k8s-master ~]# cat emptydir.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: em
spec:
  containers:
  - image: ubuntu
    name: test-container
    volumeMounts: 
    - mountPath: /cache
      name: cache-volume
    args: 
    - /bin/sh
    - -c 
    - sleep 30000
  volumes:
    - name: cache-volume
      emptyDir: {}
[root@k8s-master ~]#

测试环境配置如下

1.创建U斑图pod
 k apply -f /root/emptydir.yaml
[root@k8s-master ~]# k get pod 
NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE
em                                  1/1     Running   0          116s

2 登入pod em检查volume的内容，结果：空目录
k exec -it em -- /bin/bash
root@em:/# cd /cache
root@em:/cache# ls
root@em:/cache# exit

3.确认pod所在机器
[root@k8s-master lib]# k get pod -o wide
NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP             NODE        NOMINATED NODE   READINESS GATES
em                                  1/1     Running   0          30m   10.244.1.196   k8s-node1   <none>           <none>

4.登录pod所在机器，获取容器的信息，检查容器配置，获取volume的源位置
[root@k8s-node1 tmp]# docker ps
CONTAINER ID        IMAGE                  COMMAND                  CREATED             STATUS              PORTS               NAMES
94907e01e6dc        ubuntu                 "/bin/sh -c 'sleep 3…"   2 hours ago         Up 2 hours                              k8s_test-container_em_default_cae37724-ab3
docker inspect 94907e01e6dc | grep -i cache -A5 -B5
        "ProcessLabel": "",
        "AppArmorProfile": "",
        "ExecIDs": null,
        "HostConfig": {
            "Binds": [
                "/var/lib/kubelet/pods/cae37724-ab3f-11ec-b35d-000c298dbe7d/volumes/kubernetes.io~empty-dir/cache-volume:/cache:Z",
                "/var/lib/kubelet/pods/cae37724-ab3f-11ec-b35d-000c298dbe7d/volumes/kubernetes.io~secret/default-token-75t79:/var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount:ro,Z",
                "/var/lib/kubelet/pods/cae37724-ab3f-11ec-b35d-000c298dbe7d/etc-hosts:/etc/hosts:Z",
                "/var/lib/kubelet/pods/cae37724-ab3f-11ec-b35d-000c298dbe7d/containers/test-container/42fb9dc6:/dev/termination-log:Z"
            ],
            "ContainerIDFile": "",
--
                "RW": true,
                "Propagation": "rprivate"
            },
            {
                "Type": "bind",
                "Source": "/var/lib/kubelet/pods/cae37724-ab3f-11ec-b35d-000c298dbe7d/volumes/kubernetes.io~empty-dir/cache-volume",
                "Destination": "/cache",
                "Mode": "Z",
                "RW": true,
                "Propagation": "rprivate"
            },
            {

5.进入源目录，查看目录内容为空，与之前在master节点登入pod后查看的信息一致
[root@k8s-node1 tmp]# cd /var/lib/kubelet/pods/cae37724-ab3f-11ec-b35d-000c298dbe7d/volumes/kubernetes.io~empty-dir/cache-volume
[root@k8s-node1 cache-volume]# ls

6.在master节点/cache目录（volume）下创建文件gzg.txt,在node节点源目录检查文件是否落盘成功，结果落盘成功。与预期一致。
[root@k8s-master lib]# k exec -it em -- /bin/bash
root@em:/# cd /cache/
root@em:/cache# ls
root@em:/cache# touch gzg.txt
===============================
[root@k8s-node1 tmp]# cd /var/lib/kubelet/pods/cae37724-ab3f-11ec-b35d-000c298dbe7d/volumes/kubernetes.io~empty-dir/cache-volume
[root@k8s-node1 cache-volume]# ls
gzg.txt

7.删除乌班图pod，观察volume是否同步清理，预期结果源目录同步清理（删除容器不会清理，但是删除pod会同步清理）
[root@k8s-master lib]# k delete pod em
pod "em" deleted
=================
[root@k8s-node1 cache-volume]# pwd
/var/lib/kubelet/pods/cae37724-ab3f-11ec-b35d-000c298dbe7d/volumes/kubernetes.io~empty-dir/cache-volume
[root@k8s-node1 cache-volume]# ls
[root@k8s-node1 cache-volume]# cd ..
cd: 获取当前目录时出错: getcwd: 无法访问父目录: 没有那个文件或目录

1.5 EmptyDir容量限制

emptyDir可以进行容量限制，如限制为1G

emptyDir: {}
volumes:
  - name: cache-volume
    emptyDir: 
      sizeLimit：1Gi

宿主主机无法看到这个容量限制
进入Pod查看分配文件夹的大小，可以看到空间是Host存储空间大小，并非1G

# df -h
Filesystem Size Used Avail Use% Mounted on
overlay 44G 4.3G 40G 10% /
tmpfs 64M 0 64M 0% /dev
tmpfs 3.9G 0 3.9G 0% /sys/fs/cgroup
/dev/mapper/centos-root 44G 4.3G 40G 10% /cache

尝试在容器内写入一个2G的文件

# dd if=/dev/zero of=/cache/test2g bs=1M count=2048

再次查看容器状态发现进入Evicted状态，无法使用

[root@k8s-master probe]# kubectl get pod
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
test-pd 0/1 Evicted 0 10m

2 HostPath

hostPath 卷能将主机节点文件系统上的文件或目录挂载到Pod 中
但比如希望Pod使用一些docker引擎或系统已经包含的内部程序的时候，会使用到这种方式。如以下为kube-proxy中配置的hostPath

2.1 创建使用hostPath的Pod

image.png

2.2 HostPath的类型

创建 hostPath 时，需要指定类型（type）
如果选择类型不正确，或主机上不存在对应资源（如不存在指定文件夹），kubernetes系统将无法继续创建Pod，创建步骤终止。Pod状态长时间处于ContainerCreating中

取值	行为
空白	空字符串（默认）用于向后兼容，这意味着在安装 hostPath 卷之前不会执行任何检查。
DirectoryOrCreate	如果在给定路径上什么都不存在，那么将根据需要创建空目录，权限设置为0755，具有与 Kubelet 相同的组和所有权。
Directory	在给定路径上必须存在的目录
FileOrCreate	如果在给定路径上什么都不存在，那么将在那里根据需要创建空文件，权限设置为 0644，具有与 Kubelet 相同的组和所有权。
File	在给定路径上必须存在的文件。
Socket	在给定路径上必须存在的 UNIX 套接字
CharDevice	在给定路径上必须存在的字符设备
BlockDevice	在给定路径上必须存在的块设备

yaml：

[root@k8s-master ~]# cat hostpath.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: hppod
spec:
  containers:
  - image: ubuntu
    name: hp-container
    volumeMounts: 
    - mountPath: /hp-dir
      name: hp-volume
    args: 
    - /bin/sh
    - -c 
    - sleep 30000
  volumes:
  - name: hp-volume
    hostPath:
      path: /testdir
      type: DirectoryOrCreate

注：删除pod后文件及目录并没有被一起删除

2.3 补充知识

/etc/kubernetes/manifests 下存放的是静态pod
2.静态pod是不需要手工创建的pod，他们是kubelet自动创建的。
3.放在这个目录下的yaml文件会被自动创建。

[root@k8s-master manifests]# pwd
/etc/kubernetes/manifests
[root@k8s-master manifests]# ls
etcd.yaml  kube-apiserver.yaml  kube-controller-manager.yaml  kube-scheduler.yaml
[root@k8s-master manifests]#

3 PV和PVC

PersistentVolume（pv）和PersistentVolumeClaim（pvc）是k8s提供的两种API资源
PV是集群中由管理员配置的一块存储空间，PV是卷插件，和之前介绍的volumes类似，但它有一个独立于单个Pod的生命周期。PV的后端可以是NFS，iSCSI或者云存储等。
PVC是用户的存储请求，PVC可以请求PV特定的接入模式（读写等）和大小

3.1 创建pv

image.png

ReadWriteOnce:简写RWO
ReadOnlyMany:简写ROX
ReadWriteMant:简写RWX

3.2 创建pvc

image.png

注意：根据存储大小选择最匹配的pv ，如申请100g，pv有200g，会选200g的pv，但是没有用到的100g空间无法使用，且无法被别人使用。

3.3 实现示例

准备nfs存储，master作为nfs的server，node作为nfs的client端
1 安装2个软件 nfs-utils 和 rpcbind（master执行）
yum install nfs-utils rpcbind -y
2创建5个目录备用
mkdir -p /nfs/pv{1..5}
3 设置nfs的配置文件

[root@k8s-master nfs]# cat /etc/exports
/nfs    *(rw,sync)

4 设置开机自动启动

systemctl enable nfs
systemctl start nfs
systemctl status nfs

5检查nfs状态

[root@k8s-master nfs]# showmount -e
Export list for k8s-master:
/nfs *

6 在node1 node2 上重复执行步骤 1 步骤4

7 执行完成后验证

[root@k8s-node1 ~]# showmount -e k8s-master
Export list for k8s-master:
/nfs *

配置pv
1 获取maser的ip地址
192.168.227.12
2 编写yaml文件

[root@k8s-master ~]# cat pv1.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: mypv1
spec:
  capacity:
    storage: 1Gi
  volumeMode: Filesystem
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  persistentVolumeReclaimPolicy: Recycle
  nfs:
    path: /nfs/pv1
    server: 192.168.227.10

3.创建pv1（在master上1G）

[root@k8s-master ~]# k apply -f /root/pv1.yaml 
persistentvolume/mypv1 created
[root@k8s-master ~]# k get pv
NAME    CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS      CLAIM   STORAGECLASS   REASON   AGE
mypv1   1Gi        RWO            Recycle          Available                                   29s

4同理创建pv2（在master上2G）

[root@k8s-master ~]# k apply -f pv2.yaml
persistentvolume/mypv2 created
[root@k8s-master ~]# k get pv
NAME    CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS      CLAIM   STORAGECLASS   REASON   AGE
mypv1   1Gi        RWO            Recycle          Available                                   28m
mypv2   2Gi        RWO            Recycle          Available                                   3s

建立pvc调用pv（pvc不指定pv，仅通过大小，由系统自动选择，预期结果，绑定在pv1上）

[root@k8s-master ~]# cat pvc1.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: mypvc
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 1Gi

创建pvc和检查挂载情况

[root@k8s-master ~]# k apply -f pvc1.yaml
persistentvolumeclaim/mypvc created
[root@k8s-master ~]# k get pvc
NAME    STATUS   VOLUME   CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
mypvc   Bound    mypv1    1Gi        RWO                           4s
[root@k8s-master ~]# k get pv
NAME    CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS      CLAIM           STORAGECLASS   REASON   AGE
mypv1   1Gi        RWO            Recycle          Bound       default/mypvc                           37m
mypv2   2Gi        RWO            Recycle          Available                                           9m39s

pvc创建成功后，绑定在了pv1上

创建pod调用pvc实现对pv的管理（实现了pod 与存储的解耦）

yaml文件
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
    test: pvctest
  name: pvcpod
spec:
  containers:
    - name: busybox    
      args:
      - /bin/sh
      - -c
      - sleep 30000;
      image: busybox
      volumeMounts:
      - mountPath: /pvcdir
        name: pvc-volume
  volumes:
    - name: pvc-volume
      persistentVolumeClaim:
        claimName: mypvc

创建和检查

[root@k8s-master ~]# k apply -f pvpod.yaml 
pod/pvcpod created
[root@k8s-master ~]# k get pod
NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE
httpd-deployment-859778b7b6-5rwrn   1/1     Running   16         38d
httpd-deployment-859778b7b6-hfw9t   1/1     Running   16         38d
httpd-deployment-859778b7b6-l7vwd   1/1     Running   15         37d
pvcpod                              1/1     Running   0          23s

在pod中创建个文件，观察宿主主机（master）中是否建立

#给宿主主机的存储目录授权
chmod -R 777 /nfs/pv{1..5}
#进入pod
 k exec -it pvcpod -- /bin/sh
#在挂载目录创建文件，并登出pod
/ # cd /pvcdir
/pvcdir # touch abc.abc
/pvcdir # exit
#进入宿主主机的存储目录，观察abc.abc是否存在
[root@k8s-master /]# cd /nfs
[root@k8s-master nfs]# cd pv1
[root@k8s-master pv1]# ls
abc.abc

删除pod观察 pvc、pv、及其上的数据是否存在(persistentVolumeReclaimPolicy: Recycle)
结果：pv pvc 和数据均存在未删除

[root@k8s-master ~]# k delete pods pvcpod
pod "pvcpod" deleted
[root@k8s-master ~]# k get pv
NAME    CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS      CLAIM           STORAGECLASS   REASON   AGE
mypv1   1Gi        RWO            Recycle          Bound       default/mypvc                           91m
mypv2   2Gi        RWO            Recycle          Available                                           62m
[root@k8s-master ~]# k get pvc
NAME    STATUS   VOLUME   CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
mypvc   Bound    mypv1    1Gi        RWO                           54m
[root@k8s-master ~]# cd /nfs/pv1
[root@k8s-master pv1]# ls
abc.abc

再次建立pod，使用mypvc，建立后观察该pod是否能看到abc.abc文件
结果：可以看到abc.abc文件
结论：pv pvc recycle属性可以持久化保留数据。

k apply -f /root/pvpod.yaml
k get pod
k exec -it pvcpod -- /bin/sh
/pvcdir # ls
abc.abc

删除pvc观察pv状态和数据
删除pvc前要删除关联的pod，否则删除pvc的命令会hung住
结论：

1. recycle属性，删除pvc是通过一个临时的pod完成的，叫recycler-for-mypv1
[root@k8s-master ~]# k get pvc
NAME    STATUS   VOLUME   CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
mypvc   Bound    mypv1    1Gi        RWO                           4d1h
[root@k8s-master ~]# k delete pvc mypvc;k get pods -w
persistentvolumeclaim "mypvc" deleted
NAME                                READY   STATUS              RESTARTS   AGE
httpd-deployment-859778b7b6-5rwrn   1/1     Running             18         42d
httpd-deployment-859778b7b6-hfw9t   1/1     Running             18         42d
httpd-deployment-859778b7b6-l7vwd   1/1     Running             17         41d
recycler-for-mypv1                  0/1     ContainerCreating   0          0s
NAME                                AGE
recycler-for-mypv1                  18s
recycler-for-mypv1                  18s
recycler-for-mypv1                  18s

2.pvc删除成功
[root@k8s-master ~]# k get pvc
No resources found in default namespace.

3.pv的状态恢复为avalible
[root@k8s-master ~]# k get pv
NAME    CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS      CLAIM   STORAGECLASS   REASON   AGE
mypv1   1Gi        RWO            Recycle          Available                                   4d1h

4.存储的目录依然存在
[root@k8s-master ~]# cd /nfs/
[root@k8s-master nfs]# ls
pv1  pv2  pv3  pv4  pv5

5.存储的内容被删除
[root@k8s-master nfs]# cd pv1
[root@k8s-master pv1]# ls
[root@k8s-master pv1]#

4 pv与pvc的状态

image.png

5 PV回收

由于创建时选择的回收策略是Recycle，删除PVC的时候kubernetes会删除原有PV的数据。它采用的方式是创建一个回收专用Pod来完成这一操作

[root@k8s-master volume]# kubectl delete pvc mypvc && kubectl get pod
persistentvolumeclaim "mypvc" deleted
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
recycler-for-mypv 0/1 ContainerCreating 0 0s

如果不希望数据被删除，可以配置回收策略为Retain，这样在删除PVC后，PV的数据仍然存在，PV状态如下

NAME CAPACITY ACCESS MODES RECLAIM POLICY STATUS CLAIM REASON AGE
mypv 1Gi RWO Retain Released default/mypvc 19s

数据未被删除，但由于PV处于Released状态，依然无法直接被PVC使用。这是由
于PV保存了之前关联的PVC状态，如需关联新PVC，需要删除其中ClaimRef参数

6 PV和PVC的绑定

如果我们重复PV和PVC的实验，将PVC中volumeName：mypv这一参数删除可以发现PVC仍能申请到PV。那么PVC是以什么机制找到匹配的PV呢？
 PVC首先根据筛选条件，如容量大小和访问模式筛选掉不符合条件的PV。
 筛选掉不符合volumeName的PV。在前文的实验实例中我们使用的是这个方式。
 筛选掉不符合StorageClass的PV。  根据其他条件筛选符合的PV。

7 pv与pvc示例

1 使用storageclass的模式，创建pv和pvc，观察pvc的状态
pvc中不指定pv的名字，大小，只指定storageclass
结果：
pvc使用了pv-sc这个pv，关联了storageclass
------------------------------------------------------------
[root@k8s-master ~]# cat ~/pv-sc.yaml 
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv-sc 
spec:
  capacity:
    storage: 1Gi
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  persistentVolumeReclaimPolicy: Recycle
  storageClassName: highio
  nfs:
    path: /nfs/pv3
    server: 192.168.227.10
[root@k8s-master ~]# k apply -f /root/pv-sc.yaml 
persistentvolume/pv-sc created
[root@k8s-master ~]# k get pv
NAME    CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS      CLAIM   STORAGECLASS   REASON   AGE
pv-sc   1Gi        RWO            Recycle          Available           highio                  2s
--------------------------------------------
2 创建pvc
--------------------------------------------
[root@k8s-master ~]# cat ~/pvc2.yaml 
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pvc-sc
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  storageClassName: highio
  resources:
    requests:
      storage: 1Gi
[root@k8s-master ~]# k apply -f pvc2.yaml 
persistentvolumeclaim/pvc-sc created
[root@k8s-master ~]# k get pvc
NAME     STATUS   VOLUME   CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
pvc-sc   Bound    pv-sc    1Gi        RWO            highio         9s

8 动态卷供给（动态分配存储，对用户无感）

1） pv的回收机制采用Delete机制

2）通过插件实现。插件名字为classstorage

98b3e2f783fba54d0021242417e2a7a.jpg

3）插件部署(只描述流程)
将插件的多个yaml文件进行生效配置（k apply -f *.yaml）
包括class.yaml deployment.yaml rbac.yaml 3个
注意根据测试环境进行客户化（deployment.yaml）

结果：
1）创建pvc时，系统会自动创建pv，并且会创建系统底层的存储目录
2）删除pvc时，系统会自动删除关联的pv 和底层的存储目录
以上2点实现的存储的自动供给和回收对管理对用户透明

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Kubernetes存储（13）

摘要

目标

目录

1. EmptyDir

1.1 Volume

1.2 Volume类型

1.3 EmptyDir

1.4 创建一个使用EmptyDir的Pod

1.5 EmptyDir容量限制

2 HostPath

2.1 创建使用hostPath的Pod

2.2 HostPath的类型

2.3 补充知识

3 PV和PVC

3.1 创建pv

3.2 创建pvc

3.3 实现示例

4 pv与pvc的状态

5 PV回收

6 PV和PVC的绑定

7 pv与pvc示例

8 动态卷供给（动态分配存储，对用户无感）

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