Kubernetes（k3s）进阶学习（四） -- 持久化存储

Pod 的生命周期是短暂的，会频繁被销毁和创建。由于沙盒机制，旧Pod 被销毁后，会伴随容器里的所有资源都被清空。在服务运行过程，或多或少有需要持久化存储的资源（图片、多媒体、文档），我们都肯定不希望看到Pod没了这些资源也跟着被销毁。
另外同性质的Pod，资源之间应该允许共享，而不是被当独作为服务来远程访问。

Volume使用

Volume的生命周期独立于容器，它是一个目录，Volume会被mount到Pod，Pod中的所有容器都可以访问这个Volume，和Docker Volume类似。
Volume支持的类型：emptyDir、hostPath、AWS Elastic Block Store、NFS、Ceph等。

emptyDir（临时存储卷）

emptyDir属于Pod内的临时挂载的目录。当Volume 选择类型为emptyDir时，它的特性只是一个临时挂载的目录，Pod删除后，该目录也会在node节点上被删除；但是如果容器崩溃或者Kubenetes 重启，该目录仍然存在，通过Pod 关联的容器均能访问该目录。

1）创建示例应用

#本地终端，进入server节点容器的命令
multipass shell server

#进入容器后，先创建文件：volume-test.yml
sudo vi volume-test.yml

#volume-test.yml 的内容

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: shared-pod
spec:
  containers:
  - image: busybox
    name: write-container
    volumeMounts:
    - mountPath: /write_directory   
      name: shared-volume
    args:
    - /bin/sh       
    - -c
    - echo "hello K3s" >/write_directory/test; sleep 120000

  - image: busybox
    name: read-container
    volumeMounts:
    - mountPath: /read_directory
      name: shared-volume
    args:
    - /bin/sh 
    - -c
    - cat /read_directory/test; sleep 120000

  volumes:
  - name: shared-volume
    emptyDir: {}

2）示例讲解

$\color{red}{注：}$ 所有的示例均在Multipass内执行。
上述代码，首先声明一个叫shared-volume 的volume。同时为了方便下面对pod 的目录共享的验证，示例在Pod 内创建了两个容器，均通过volumeMounts 指向shared-volume 的shared_directory目录。
容器：write-container 负责在shared_directory 目录写入test文件（内容：hello K3s），read-container 则在启动后，读取/shared_directory 的test 文件。

2）示例验证

#先通过kubectl 引入volume-test.yml 文件
ubuntu@server:~/$ sudo kubectl apply -f volume-test.yml 
pod/shared-pod created

#验证pod 是否成功创建
ubuntu@server:~/$ sudo kubectl get pod

NAME                                   READY   STATUS                   RESTARTS      AGE
shared-pod                             2/2     Running                  0             37s

#验证 read-container 容器读取结果
ubuntu@server:~/demo-volume$ sudo kubectl logs shared-pod read-container
#验证成功
hello K3s

上述显示容器read-container成功读到了write-container容器写入的数据，验证了两个容器共享emptyDir Volume,其效果相当于执行了docker run -v /write_directory 和/docker run -v /read_directory。

HostPath（节点存储卷）

hostPath类型的存储卷是指将工作节点上某个文件系统的目录或文件挂载于Pod中的一种存储卷，它独立于Pod资源的生命周期，因而具有持久性。但由于这样的特征增加了了Pod与工作节点的耦合，在实际的场景应用中都不会选择此项。作为分布式的应用部署，更应该把持久化的目标独立于工作节点之外。
HostPath 与emptyDir 的使用方法相似，同时网上的资料也较多，这里就不再做示例演示。

PV & PVC

使用外部存储作为资源持久化目标是最理想方案，如果kubenetes部署在阿里云、AWS、Azure等公有云上，可以直接使用云盘作为Volume。同样我们也可以创建NFS（网络文件系统），使用PV把NFS引入到Pod去。

①NFS for PV

先准备NFS网络盘，NFS服务具体部署请参照：https://www.jianshu.com/p/a5d5d9afa1eb

在此，笔者已经准备好NFS服务器： $\color{red}{192.168.64.12}$ ，可分享目录路径： $\color{red}{/nfsdata/share}$ 。

②部署示例应用

#本地终端，进入server节点容器的命令
multipass shell server

#进入容器后，先创建文件：nfs-pv.yml
sudo vi nfs-pv.yml

#nfs-pv.yml 的内容

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: nfs-pv
spec:
  capacity:
    storage: 1Gi    #指定PV的容量为1GB
  accessModes:
    - ReadWriteOnce  #表示PV能为read-write模式mount到单个节点，ReadOnlyMany表示只读，mount到多个节点，ReadWriteMany表示读写可以mount到多节点
  persistentVolumeReclaimPolicy: Recycle  #PV的回收策略，清除PV中的数据，Retain表示管理员手工回收
  storageClassName: nfs-storage    #指定PV的class为nfs-storage，相当于为PV设置了一个分类，PVC可以指定class申请相应的PV
  nfs:
    path: /nfsdata/share    #指定PV在NFS服务器上对应的目录
    server: 192.168.64.12

引用PV，并且验证。

#引入
ubuntu@server:~$ sudo kubectl apply -f nfs-pv.yml 
#输出成功结果
persistentvolume/nfs-pv created

#验证
ubuntu@server:~$ sudo kubectl get pv -o wide

#输出结果
NAME     CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS      CLAIM   STORAGECLASS   REASON   AGE   VOLUMEMODE
nfs-pv   1Gi        RWO            Recycle          Available           nfs-storage                     36s   Filesystem

创建PVC


sudo vi nfs-pvc.yml

#nfs-pvc.yml 的内容

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: nfs-pv
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 1Gi
  storageClassName: nfs-storage      #与之前PV的storageClassName 一致

引用PVC，并且验证。

#引入
ubuntu@server:~$ sudo kubectl apply -f nfs-pvc.yml 
#输出成功结果
persistentvolumeclaim/nfs-pvc created

#验证
ubuntu@server:~$ sudo kubectl get pvc -o wide

#输出结果
NAME     STATUS   VOLUME   CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE   VOLUMEMODE
nfs-pv   Bound    nfs-pv   1Gi        RWO            nfs-storage    38s   Filesystem

那么，可以创建新的Pod 进行验证了。

③在Pod 中使用PVC

sudo vi nfs-pod.yml

#nfs-pod.yml 的内容

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pv-pod
spec:
  containers:
    - name: pv-pod
      image: busybox
      args:
      - /bin/sh
      - -c
      - sleep 180000
      volumeMounts:
      - mountPath: "/pod_data"
        name: nfs-storage
  volumes:
    - name: nfs-storage
      persistentVolumeClaim:
        claimName: nfs-pv

最后测试验证

#引入
ubuntu@server:~$ sudo kubectl apply -f nfs-pod.yml
#输出结果
pod/pv-pod created

[root@k8s-node1 nfs-pv]# sudo kubectl get pod -o wide

#输出结果
NAME                                   READY   STATUS                   RESTARTS      AGE     IP           NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
pv-pod                                 0/1     Running                  0             34s     <none>       <none>   <none>           <none>


#类似docker exec 的执行操作，直接进入pod 的sh
ubuntu@server:~$ sudo kubectl exec -it pv-pod /bin/sh

#在容器中，执行如下命令
/ # cat /pod_data/text.txt

#输出结果
Hello NFS！

#在部署NFS网络文件系统一章
#地址：https://www.jianshu.com/p/a5d5d9afa1eb
#笔者已在NFS服务器：192.168.64.12 的目录/nfsdata/share创建了text.txt文件。

不需要使用PV时，可用删除PVC回收PV

ubuntu@server:~$# kubectl delete pvc pv-pod 
persistentvolumeclaim "pv-pod" deleted

因PV的回收策略设置为Recycle，所以数据会被清除，如想保存数据，可以将策略设置为Retain。
本章结束！