K8s 数据管理

k8s-cert

- 前言
- 一、Volume
- - 1.1 emptyDir
  - - 1.1.1 基本概念
    - 1.1.2 应用案例
  - 1.2 hostPath
  - - 1.2.1 基本概念
    - 1.2.2 应用案例
  - 1.3 外部 Storage Provider
- 二、Persistent Volume
- - 2.1 基本概念
  - - 2.1.1 PersistentVolume
    - 2.1.2 PersistentVolumeClaim
  - 2.2 NFS PersistentVolume

前言

与 Docker 类似，也是通过 Volume 为容器提供存储。一般地，我们会将应用服务分为有状态和无状态，对于 K8s 中容器和 Pod 来说，其生命周期是短暂的，因为他们随时可能被销毁和创建。容器销毁时，其内部文件系统中的数据也会被删除。

如何解决这个问题？K8s 提供了 Volume 数据卷，Volume 的生命周期独立于容器，它不会因为容器的销毁而销毁。当 Volume 被 mount 到 Pod 中时，Pod 中的所有容器都可以访问这个 Volume。K8s 支持多种 backend 类型，如 emptyDir、hostPath、GCE Persistent Disk 等。

一、Volume

1.1 emptyDir

1.1.1 基本概念

从字面意思来看，它似乎表示一个空目录，其实它就是 Host 上的一个空目录（即卷最初是空的），而且是最基础的 Volume 类型。需要注意的是：当 Pod 因为某些原因被从节点上删除时，emptyDir 卷中的数据也会被永久删除。但如果只是容器被销毁，而 Pod 还在的情况下，这个 Volume 是不受影响的。

1.1.2 应用案例

Pod 中的所有容器都可以共享 Volume，它们可以指定各自的 mount 路径。

vim emptyDir.yml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pro-dev
spec:
  containers:
  - image: busybox
    name: pro
    volumeMounts:
    - mountPath: /pro_dir
      name: shared-volume
    args:
    - /bin/sh
    - -c
    - echo "hello world" > /pro_dir/hello; sleep 30000
  - image: busybox
    name: dev
    volumeMounts:
    - mountPath: /dev_dir
      name: shared-volume
    args:
    - /bin/sh
    - -c
    - cat /dev_dir/hello; sleep 30000
  volumes:
  - name: shared-volume
    emptyDir: {}

该案例中 Pod 有两个容器 pro 和 dev，它们共享一个 volume，pro 负责往 volume 写数据，dev 则是从 volume 中读取数据。

整体流程就是：

定义了一个 emptyDir 类型的 Volume - - > shared-volume；
pro 容器将 shared-volume mount 到 /pro_dir 目录下；
pro 将数据写入 /pro_dir/hello 文件里；
dev 容器将 shared-volume mount 到 /dev_dir 目录下；
dev 通过 cat 从文件 hello 读取数据。

开始创建 Pod：

kubectl apply -f emptyDir.yml

查看 dev 输出日志：

kubectl logs pro-dev dev

从日志可看到 dev 成功读到了 pro 写入的数据，验证了同个 Pod 中的多个容器共享了 emptyDir Volume。

emptyDir 是 Docker Host 文件系统里的目录，其效果相当于执行了 docker run -v /pro_dir 和 docker run -v /dev_dir。通过 docker inspect 来查看文件 Mount 情况。

docker inspect k8s_pro_pro-dev_default_479982fc-0a53-45e8-806c-38994e3f6f08_0

docker inspect k8s_dev_pro-dev_default_479982fc-0a53-45e8-806c-38994e3f6f08_0

看看 Host 是否有 Source 文件：

可看到，shared-volume 已经被创建于 Host 中，且两个容器都 Mount 到了同一个目录，因此，/var/lib/kubelet/pods/479982fc-0a53-45e8-806c-38994e3f6f08/volumes/kubernetes.io~empty-dir/shared-volume/ 就是 emptyDir 在 Host 上的实际路径。

由此可看出，emptyDir 能够很方便地为 Pod 中的容器提供共享存储，不需要额外的配置。但 emptyDir 不具备持久性，只要 Pod 被销毁，那 emptyDir 也就会被销毁。因此，emptyDir 只适用于临时共享存储的场景。

1.2 hostPath

1.2.1 基本概念

hostPath Volume 的作用就是将 Docker Host 文件系统中已经存在的目录 mount 给 Pod 的容器，但大部分应用都不会使用 hostPath Volume，因为这会增加 Pod 与节点的耦合，限制了 Pod 的使用。不过那些需要访问 k8s 或 Docker 的内部数据的应用则需要使用到 hostPath。

1.2.2 应用案例

有哪些典型的应用案例呢？比如 kube-apiserver、kube-controller-manager 就是这样的应用，我们可以查看一下 kube-apiserver 的 Pod 配置。

kubectl edit pod kube-apiserver-k8s-master --namespace=kube-system

上图中定义了三个 hostPath：ca-certs、etc-pki 和 k8s-certs，他们分别对应了 Host 目录下的 /etc/ssl/certs、/etc/pki、/etc/kubernetes/pki。如果 Pod 被销毁了，hostPath 对应的目录还是会保留，相比于 emptyDir 来说持久性更强，但如果 Host 崩溃，hostPath 也就无法访问了。

1.3 外部 Storage Provider

当然，K8s 也可以使用主流的分布式存储，如 Ceph、GlusterFS 等，如使用 Ceph 分布式存储。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: Ceph-Storage
spec:
  containers:
    - image: busybox
      name: Ceph-Storage
      mountPath: /test-ceph
  volumes:
    - name: ceph-volume
      cephfs:
        path: /home/data/cephfs
        monitors: "192.168.56.190:6789"
        secretFile: "/etc/ceph/admin.secret"

这种外部分布式存储的特点就是：它们不依赖于 K8s，Volume 的底层基础设施由独立的存储系统管理，与 K8s 集群是分离，数据持久化后，即使整个 K8s 集群崩溃了，持久化的数据也不会受到影响。

二、Persistent Volume

2.1 基本概念

尽管 Volume 已经为 K8s 提供了更好的数据持久化方案，但在存储管理上任然是欠缺的，尤其是在大规模集群环境下，需要考虑到效率和安全性问题。K8s 给出的解决方案就是 PersistentVolume，PV 和 PersistentVolumeClaim，PVC。

2.1.1 PersistentVolume

持久卷（PersistentVolume，PV）是集群中的一块存储，可以由管理员事先制备，或者使用存储类（Storage Class）来动态制备。持久卷是集群资源，就像节点也是集群资源一样。PV 持久卷和普通的 Volume 一样，也是使用卷插件来实现的，只是它们拥有独立于任何使用 PV 的 Pod 的生命周期。

2.1.2 PersistentVolumeClaim

持久卷申领（PersistentVolumeClaim，PVC）表达的是用户对存储的请求。概念上与 Pod 类似。Pod 会耗用节点资源，而 PVC 申领会耗用 PV 资源。Pod 可以请求特定数量的资源（CPU 和内存）；同样 PVC 申领也可以请求特定的大小和访问模式（例如，可以要求 PV 卷能够以 ReadWriteOnce、ReadOnlyMany 或 ReadWriteMany 模式之一来挂载）。

有了 PersistentVolumeClaim，用户只需要告诉 K8s 需要什么样的存储资源，而不必真正关心真正的空间是从哪里分配、如何访问底层信息等。

2.2 NFS PersistentVolume

K8s 支持多种类型的 PersistentVolume，比如 Ceph、AWS EBS、NFS 等，我们就通过 NFS 来实验 PersistentVolume。

1、安装 NFS

在 K8s-Master 上部署 NFS

# 安装工具/服务
yum -y install rpcbind
yum -y install nfs-utils

# 启动服务
systemctl start nfs-server
systemctl enable nfs-server
systemctl start rpcbind
systemctl enable rpcbind

# 编辑共享文件
vim /etc/exports
/home/data/app 192.168.56.0/24(rw,no_root_squash,sync)

# 创建共享目录
mkdir -p /home/data/app

# 重启NFS
systemctl restart nfs-server

查看 NFS 共享目录

2、K8s 创建 PV 对象

vim pv-test.yml

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv-test
spec:
  capacity:
    storage: 1Gi
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  persistentVolumeReclaimPolicy: Recycle
  storageClassName: nfs
  nfs:
    path: /home/data/app
    server: 192.168.56.160

参数说明

capacity: 指定PV的容量为1GB
accessModes: 指定访问模式为ReadWriteOnce，支持三种访问模式
             ReadWriteOnce: 表示PV能以读写模式mount到单个节点
             ReadOnlyMany: 表示PV能以只读模式mount到多个节点
             ReadWriteMany: 表示PV能以读写模式mount到多个节点
persistentVolumeReclaimPolicy: 指定PV回收策略为Recycle，支持三种回收策略
             Retain: 表示需要管理员手动回收
             Recycle: 表示清除PV中的数据，相当于 rm -rf
             Delete: 表示删除Storage Provide 上对应的存储资源
storageClassName: 指定PV的class为NFS，相当于为PV设置了一个分类，PVC可以指定class申请相应class的PV
nfs.path: NFSf服务的共享目录
nfs.server: NFS服务IP地址

创建 PV 对象

kubectl apply -f pv-test.yml

查看 PV 资源

kubectl get pv

上图中，STATUS 状态为 Available，表示该 PV 资源已经就绪，可以被 PVC 申请。

3、创建 PVC

对于 PVC 来说，只需要指定 PV 的容量、访问模式和 class 即可。

vim pvc-test.yml

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pvc-test
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 1Gi
  storageClassName: nfs
  selector:
    matchLabels:
      pv: pv-test

# selector标签选择器，选择pv资源的标签：pv-test

创建 PVC 对象

kubectl apply -f pvc-test.yml

查看 PVC 资源

从输出结果来看，PVC 已经 Bound 到 PV 了，申请成功。

4、Pod 中使用存储

PVC 申请成功后，接下来就可以在 Pod 中使用存储了，配置 Pod 文件。

vim pod-test.yml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-test
spec:
  containers:
    - name: pod-test
      image: busybox
      args:
      - /bin/sh
      - -c
      - sleep 30000
      volumeMounts:
      - mountPath: "/mydata"
        name: mydata
  volumes:
    - name: mydata
      persistentVolumeClaim:
        claimName: pvc-test

其实就与普通的 Volume 格式类似，在 volume 中通过 persistentVolumeClaim 指定使用 pvc-test 申请的 Volume。