kubernetes--数据存储

一、数据存储引言：

二、基础存储卷：

1. emptyDir存储卷：

2. hostPath存储卷：

3. nfs共享存储卷：

3.1 配置nfs:

3.2 master节点编写yaml文件：

4. 总结：

三、PVC和PV：

1. PV 的状态有以下 4 种：

2. PV从创建到销毁的具体流程如下：

3. pv定义的规格：

4. PVC定义的规格：

5. NFS使用静态PV和PVC：

5.1. 配置nfs存储：

5.2 定义PV：

5.3 定义PVC：

编辑

5.4 测试访问:

6. 动态 PV 创建：

1. 动态pv的请求过程：

2. 创建动态PV的过程：

7. 实现 NFS 的动态 PV 创建：

1. 在nfs节点上安装nfs，并配置nfs服务:

2. 创建 Service Account:

3. 使用 Deployment 来创建 NFS Provisioner:

4. 创建 StorageClass：

5. 创建PVC和Pod：

6. 测试：

一、数据存储引言：

容器磁盘上的文件的生命周期是短暂的，这就使得在容器中运行重要应用时会出现一些问题。首先，当容器崩溃时，kubelet 会重启它，但是容器中的文件将丢失——容器以干净的状态（镜像最初的状态）重新启动。其次，在Pod中同时运行多个容器时，这些容器之间通常需要共享文件。Kubernetes 中的Volume抽象就很好的解决了这些问题。Pod中的容器通过Pause容器共享Volume。

二、基础存储卷：

1. emptyDir存储卷：

当Pod被分配给节点时，首先创建emptyDir卷，并且只要该Pod在该节点上运行，该卷就会存在。正如卷的名字所述，它最初是空的。Pod 中的容器可以读取和写入emptyDir卷中的相同文件，尽管该卷可以挂载到每个容器中的相同或不同路径上。当出于任何原因从节点中删除 Pod 时，emptyDir中的数据将被永久删除。

mkdir /opt/volumes
cd /opt/volumes

vim pod-emptydir.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-emptydir
  namespace: default
  labels:
    app: myapp
    tier: frontend
spec:
  containers:
  - name: myapp
    image: ikubernetes/myapp:v1
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    ports:
    - name: http
      containerPort: 80
	#定义容器挂载内容
    volumeMounts:
	#使用的存储卷名称，如果跟下面volume字段name值相同，则表示使用volume的这个存储卷
    - name: html
	  #挂载至容器中哪个目录
      mountPath: /usr/share/nginx/html/
  - name: busybox
    image: busybox:latest
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    volumeMounts:
    - name: html
	  #在容器内定义挂载存储名称和挂载路径
      mountPath: /data/
    command: ['/bin/sh','-c','while true;do echo $(date) >> /data/index.html;sleep 2;done']
  #定义存储卷
  volumes:
  #定义存储卷名称  
  - name: html
    #定义存储卷类型
    emptyDir: {}

##定义存储卷名为html,两个容器同时挂载存储卷，共享存储空间
	
kubectl apply -f pod-emptydir.yaml

kubectl get pods -o wide

2. hostPath存储卷：

hostPath卷将 node 节点的文件系统中的文件或目录挂载到集群中。
hostPath可以实现持久存储，但是在node节点故障时，也会导致数据的丢失。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-hostpath
  namespace: default
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
    volumeMounts:
    - name: html
      mountPath: /usr/share/nginx/html
      readOnly: false
  volumes:
  - name: html
    hostPath:
      path: /data/pod/volume1
      type: Directory

3. nfs共享存储卷：

3.1 配置nfs:

//在新机器节点上安装nfs，并配置nfs服务
mkdir /data/volumes -p
chmod 777 /data/volumes

vim /etc/exports
/data/volumes 192.168.88.0/24(rw,no_root_squash)

systemctl start rpcbind
systemctl start nfs

showmount -e

3.2 master节点编写yaml文件：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-vol-nfs
  namespace: default
spec:
  containers:
  - name: nginx01
    image: soscscs/myapp:v1
    volumeMounts:
    - name: html
      mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumes:
    - name: html
      nfs:
        path: /data/volumes
        server: 192.168.88.105

4. 总结：

emptydir：可实现Pod中的容器之间共享目录数据，但没有持久化数据的能力，存储卷会随着Pod生命周期结束而一起删除
hostPath：将node节点上的目录/文件挂载到Pod容器的指定目录/文件上，有持久化数据的能力，但只能在单个node节点上持久化数据，不能实现跨node节点的Pod共享数据
nfs：使用nfs服务将存储卷挂载到Pod容器的指定目录上，有持久化数据的能力，且也能实现跨node节点的Pod共享数据

三、PVC和PV：

上面介绍的PV和PVC模式是需要运维人员先创建好PV，然后开发人员定义好PVC进行一对一的Bond，但是如果PVC请求成千上万，那么就需要创建成千上万的PV，对于运维人员来说维护成本很高，Kubernetes提供一种自动创建PV的机制，叫StorageClass，它的作用就是创建PV的模板。
创建 StorageClass 需要定义 PV 的属性，比如存储类型、大小等；另外创建这种 PV 需要用到的存储插件，比如 Ceph 等。有了这两部分信息，Kubernetes 就能够根据用户提交的 PVC，找到对应的 StorageClass，然后 Kubernetes 就会调用 StorageClass 声明的存储插件，自动创建需要的 PV 并进行绑定。

1. PV 的状态有以下 4 种：

Available（可用）：表示可用状态，还未被任何 PVC 绑定
Bound（已绑定）：表示 PV 已经绑定到 PVC
Released（已释放）：表示 PVC 被删掉，但是资源尚未被集群回收
Failed（失败）：表示该 PV 的自动回收失败

2. PV从创建到销毁的具体流程如下：

一个PV创建完后状态会变成Available，等待被PVC绑定。
一旦被PVC邦定，PV的状态会变成Bound，就可以被定义了相应PVC的Pod使用。
Pod使用完后会释放PV，PV的状态变成Released。
变成Released的PV会根据定义的回收策略做相应的回收工作。有三种回收策略，Retain、Delete和Recycle。Retain就是保留现场，K8S集群什么也不做，等待用户手动去处理PV里的数据，处理完后，再手动删除PV。Delete策略，K8S会自动删除该PV及里面的数据。Recycle方式，K8S会将PV里的数据删除，然后把PV的状态变成Available，又可以被新的PVC绑定使用。

3. pv定义的规格：

spec:
  nfs:（定义存储类型）
    path:（定义挂载卷路径）
    server:（定义服务器名称）
  accessModes:（定义访问模型，有以下三种访问模型，以列表的方式存在，也就是说可以定义多个访问模式）
    - ReadWriteOnce          #（RWO）卷可以被一个节点以读写方式挂载。 ReadWriteOnce 访问模式也允许运行在同一节点上的多个 Pod 访问卷。
	- ReadOnlyMany           #（ROX）卷可以被多个节点以只读方式挂载。
	- ReadWriteMany          #（RWX）卷可以被多个节点以读写方式挂载。
#nfs 支持全部三种；iSCSI 不支持 ReadWriteMany（iSCSI 就是在 IP 网络上运行 SCSI 协议的一种网络存储技术）；HostPath 不支持 ReadOnlyMany 和 ReadWriteMany。
  capacity:（定义存储能力，一般用于设置存储空间）
    storage: 2Gi （指定大小）
  storageClassName: （自定义存储类名称，此配置用于绑定具有相同类别的PVC和PV）
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain    #回收策略（Retain/Delete/Recycle）

Retain（保留）：当用户删除与之绑定的PVC时候，这个PV被标记为released（PVC与PV解绑但还没有执行回收策略）且之前的数据依然保存在该PV上，但是该PV不可用，需要手动来处理这些数据并删除该PV。
Delete（删除）：删除与PV相连的后端存储资源。对于动态配置的PV来说，默认回收策略为Delete。表示当用户删除对应的PVC时，动态配置的volume将被自动删除。（只有 AWS EBS, GCE PD, Azure Disk 和 Cinder 支持）
Recycle（回收）：如果用户删除PVC，则删除卷上的数据，卷不会删除。（只有 NFS 和 HostPath 支持）

4. PVC定义的规格：

PV和PVC中的spec关键字段要匹配，比如存储（storage）大小、访问模式（accessModes）、存储类名称（storageClassName）

kubectl explain pvc.spec
spec:
  accessModes: （定义访问模式，必须是PV的访问模式的子集）
  resources:
    requests:
      storage: （定义申请资源的大小）
  storageClassName: （定义存储类名称，此配置用于绑定具有相同类别的PVC和PV）

5. NFS使用静态PV和PVC：

准备好存储设备和共享目录
准备yaml配置文件创建PV资源，设置存储类型访问模式(RWO RWX ROX RWOP) 空间大小回收策略(Retain Delete Recycle) storageClassName等
准备yaml配置文件创建PVC资源，设置访问模式(必要条件，必须是PV能支持的访问模式) 空间大小(默认就近选择大于等于指定大小的PV) storageClassName等来绑定PV
创建Pod资源挂载PVC存储卷，设置存储卷类型为 persistentVolumeClaim ，并在容器配置中定义存储卷挂载点目录

5.1. 配置nfs存储：

mkdir v{1,2,3,4,5}

vim /etc/exports
/data/volumes/v1 192.168.88.0/24(rw,no_root_squash)
/data/volumes/v2 192.168.88.0/24(rw,no_root_squash)
/data/volumes/v3 192.168.88.0/24(rw,no_root_squash)
/data/volumes/v4 192.168.88.0/24(rw,no_root_squash)
/data/volumes/v5 192.168.88.0/24(rw,no_root_squash)

showmount -e

5.2 定义PV：

//这里定义5个PV，并且定义挂载的路径以及访问模式，还有PV划分的大小。
vim pv-demo.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv001
  labels:
    name: pv001
spec:
  nfs:
    path: /data/volumes/v1
    server: 192.168.88.105
  accessModes: ["ReadWriteMany","ReadWriteOnce"]
  capacity:
    storage: 1Gi
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv002
  labels:
    name: pv002
spec:
  nfs:
    path: /data/volumes/v2
    server: 192.168.88.105
  accessModes: ["ReadWriteOnce"]
  capacity:
    storage: 2Gi
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv003
  labels:
    name: pv003
spec:
  nfs:
    path: /data/volumes/v3
    server: 192.168.88.105
  accessModes: ["ReadWriteMany","ReadWriteOnce"]
  capacity:
    storage: 2Gi
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv004
  labels:
    name: pv004
spec:
  nfs:
    path: /data/volumes/v4
    server: 192.168.88.105
  accessModes: ["ReadWriteMany","ReadWriteOnce"]
  capacity:
    storage: 4Gi
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv005
  labels:
    name: pv005
spec:
  nfs:
    path: /data/volumes/v5
    server: 192.168.88.105
  accessModes: ["ReadWriteMany","ReadWriteOnce"]
  capacity:
    storage: 5Gi

kubectl apply -f pv-demo.yaml


kubectl get pv

5.3 定义PVC：

这里定义了pvc的访问模式为多路读写，该访问模式必须在前面pv定义的访问模式之中。定义PVC申请的大小为2Gi，此时PVC会自动去匹配多路读写且大小为2Gi的PV，匹配成功获取PVC的状态即为Bound

vim pod-vol-pvc.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: mypvc
  namespace: default
spec:
  accessModes: ["ReadWriteMany"]
  resources:
    requests:
      storage: 2Gi
---
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-vol-pvc
  namespace: default
spec:
  containers:
  - name: myapp
    image: ikubernetes/myapp:v1
    volumeMounts:
    - name: html
      mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumes:
    - name: html
      persistentVolumeClaim:
        claimName: mypvc

kubectl apply -f pod-vol-pvc.yaml

kubectl get pv，pvc

5.4 测试访问:

在存储服务器上创建index.html，并写入数据，通过访问Pod进行查看，可以获取到相应的页面。

cd /data/volumes/v5/
echo "welcome to use pv5" > index.html

kubectl get pods -o wide

curl  ip

6. 动态 PV 创建：

Kubernetes 本身支持的动态 PV 创建不包括 NFS，所以需要使用外部存储卷插件分配PV。详见：

https://kubernetes.io/zh/docs/concepts/storage/storage-classes/

卷插件称为 Provisioner（存储分配器），NFS 使用的是 nfs-client，这个外部卷插件会使用已经配置好的 NFS 服务器自动创建 PV。
Provisioner：用于指定 Volume 插件的类型，包括内置插件（如 kubernetes.io/aws-ebs）和外部插件（如 external-storage 提供的 ceph.com/cephfs）。

1. 动态pv的请求过程：

Pod挂载pvc请求模板，pvc引用StorageClass资源，StorageClass通过不同的存储卷插件（Provisioner）动态分配不同存储类型的 pv 资源

2. 创建动态PV的过程：

准备好存储设备和共享目录
如果是外置存储卷插件，需要先创建serviceaccount账户(Pod使用的账户)和做RBAC授权(创建角色授予相关资源对象的操作权限，再将账户与角色进行绑定)，是的sa账户具有对PV PVC StorageClass等资源的操作权限
准备yaml配置文件创建外置存储卷插件的Pod，设置sa账户作为Pod的用户，并设置相关的环境变量(比如存储卷插件名称)
创建StorageClass(简称SC)资源，provisioner手动设置为存储卷插件名称

以上操作是一劳永逸的，之后只需要创建PVC资源时引用StorageClass就可以自动调用存储卷插件动态创建PV资源了

准备yaml配置文件创建PVC资源，设置访问模式空间大小 storageClassName指定SC资源名称等来动态创建PV资源并绑定PV
创建Pod资源挂载PVC存储卷，设置存储卷类型为 persistentVolumeClaim ，并在容器配置中定义存储卷挂载点目录

7. 实现 NFS 的动态 PV 创建：

1. 在nfs节点上安装nfs，并配置nfs服务:

mkdir /opt/k8s
chmod 777 /opt/k8s/

vim /etc/exports
/opt/k8s 192.168.88.0/24(rw,no_root_squash,sync)

systemctl restart nfs

2. 创建 Service Account:

创建 Service Account，用来管理 NFS Provisioner 在 k8s 集群中运行的权限，设置 nfs-client 对 PV，PVC，StorageClass 等的规则

#创建 Service Account 账户，用来管理 NFS Provisioner 在 k8s 集群中运行的权限
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  name: nfs-client-provisioner
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRole
metadata:
  name: nfs-client-provisioner-clusterrole
rules:
  - apiGroups: [""]
    resources: ["persistentvolumes"]
    verbs: ["get", "list", "watch", "create", "delete"]
  - apiGroups: [""]
    resources: ["persistentvolumeclaims"]
    verbs: ["get", "list", "watch", "update"]
  - apiGroups: ["storage.k8s.io"]
    resources: ["storageclasses"]
    verbs: ["get", "list", "watch"]
  - apiGroups: [""]
    resources: ["events"]
    verbs: ["list", "watch", "create", "update", "patch"]
  - apiGroups: [""]
    resources: ["endpoints"]
    verbs: ["create", "delete", "get", "list", "watch", "patch", "update"]
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:
  name: nfs-client-provisioner-clusterrolebinding
subjects:
- kind: ServiceAccount
  name: nfs-client-provisioner
  namespace: default
roleRef:
  kind: ClusterRole
  name: nfs-client-provisioner-clusterrole
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

3. 使用 Deployment 来创建 NFS Provisioner:

NFS Provisioner(即 nfs-client)，有两个功能：一个是在 NFS 共享目录下创建挂载点(volume)，另一个则是将 PV 与 NFS 的挂载点建立关联。

存储卷插件是以pod的方式部署在k8s集群中的，使用 Deployment 来创建 NFS Provisioner

由于 1.20 版本启用了 selfLink，所以 k8s 1.20+ 版本通过 nfs provisioner 动态生成pv会报错，解决方法如下：

如果是多master需要在每个节点配置，否则 provisioner Pod 会报错

I1116 15:51:04.572876 1 controller.go:987] provision "default/mypvc-nfs" class "nfs-client-storageclass": started E1116 15:51:04.579547 1 controller.go:1004] provision "default/mypvc-nfs" class "nfs-client-storageclass": unexpected error getting claim reference: selfLink was empty, can't make reference

vim /etc/kubernetes/manifests/kube-apiserver.yaml
spec:
  containers:
  - command:
    - kube-apiserver
    - --feature-gates=RemoveSelfLink=false       #添加这一行
    - --advertise-address=192.168.80.20
......

kubectl apply -f /etc/kubernetes/manifests/kube-apiserver.yaml
kubectl delete pods kube-apiserver -n kube-system 
kubectl get pods -n kube-system | grep apiserver

或者直接移动kube-apiserver.yaml到上层目录，过一段时间在移动回来

创建 NFS Provisioner

vim nfs-client-provisioner.yaml
kind: Deployment
apiVersion: apps/v1
metadata:
  name: nfs-client-provisioner
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: nfs-client-provisioner
  strategy:
    type: Recreate
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nfs-client-provisioner
    spec:
      serviceAccountName: nfs-client-provisioner   	  #指定Service Account账户
      containers:
        - name: nfs-client-provisioner
          image: quay.io/external_storage/nfs-client-provisioner:latest
          imagePullPolicy: IfNotPresent
          volumeMounts:
            - name: nfs-client-root
              mountPath: /persistentvolumes
          env:
            - name: PROVISIONER_NAME
              value: nfs-storage       #配置provisioner的Name，确保该名称与StorageClass资源中的provisioner名称保持一致
            - name: NFS_SERVER
              value: stor01           #配置绑定的nfs服务器
            - name: NFS_PATH
              value: /opt/k8s          #配置绑定的nfs服务器目录
      volumes:              #申明nfs数据卷
        - name: nfs-client-root
          nfs:
            server: stor01
            path: /opt/k8s

4. 创建 StorageClass：

负责建立 PVC 并调用 NFS provisioner 进行预定的工作，并让 PV 与 PVC 建立关联

vim nfs-client-storageclass.yaml
apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: nfs-client-storageclass
provisioner: nfs-storage     #这里的名称要和provisioner配置文件中的环境变量PROVISIONER_NAME保持一致
parameters:
  archiveOnDelete: "false"   #false表示在删除PVC时不会对数据目录进行打包存档，即删除数据；为ture时就会自动对数据目录进行打包存档，存档文件以archived开头
  
  
kubectl apply -f nfs-client-storageclass.yaml

5. 创建PVC和Pod：

vim test-pvc-pod.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: test-nfs-pvc
  #annotations: volume.beta.kubernetes.io/storage-class: "nfs-client-storageclass"     #另一种SC配置方式
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  storageClassName: nfs-client-storageclass    #关联StorageClass对象
  resources:
    requests:
      storage: 1Gi
---
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: test-storageclass-pod
spec:
  containers:
  - name: busybox
    image: busybox:latest
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    command:
    - "/bin/sh"
    - "-c"
    args:
    - "sleep 3600"
    volumeMounts:
    - name: nfs-pvc
      mountPath: /mnt
  restartPolicy: Never
  volumes:
  - name: nfs-pvc
    persistentVolumeClaim:
      claimName: test-nfs-pvc      #与PVC名称保持一致
	  
	  
kubectl apply -f test-pvc-pod.yaml

6. 测试：

PVC 通过 StorageClass 自动申请到空间
kubectl get pvc


//进入 Pod 在挂载目录 /mnt 下写一个文件，然后查看 NFS 服务器上是否存在该文件
kubectl exec -it test-storageclass-pod sh
/ # cd /mnt/
/mnt # echo 'this is test file' > test.txt

//发现 NFS 服务器上存在，说明验证成功
cat /opt/k8s/test.txt