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简介
简介
PV 全称叫做 Persistent Volume,持久化存储卷。它是用来描述或者说用来定义一个存储卷的,这个通常都是由运维工程师来定义。
PVC 的全称是 Persistent Volume Claim,是持久化存储的请求。它是用来描述希望使用什么样的或者说是满足什么条件的 PV 存储。
PVC 的使用逻辑:在 Pod 中定义一个存储卷(该存储卷类型为 PVC),定义的时候直接指定大小,PVC 必须与对应的 PV 建立关系,PVC 会根据配置的定义去 PV 申请,而 PV 是由存储空间创建出来的。PV 和 PVC 是 Kubernetes 抽象出来的一种存储资源。
nfs是一个存储空间,会分为多个pv存储卷
将nfs或者ceph存储划分为多个pv存储池,此时创建一个pod,pod里面指定一个pvc存储卷,pvc是请求,现在请求为30G的存储,随后,pvc会从这个要求去pv存储池里面去找适合的pv存储资源,随后将适合的pvc挂载到pod在pod里面写入数据便会写入nfs存储里面
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。
动态自动创建的过程
首先定义pvc资源包含了pv的存储卷大小空间,随后找到storageClass,创建pv的模板,随后storageClass找到存储卷网络插件,网络插件会直接找到存储卷例如nfs ceph,去上面自动创建预设的pv模板
创建pv的两种方式:
1.手动根据pv资源的配置模板创建静态pv
2.根据pvc的配置模板通过引用storageClass(简称SC)资源调用存储卷插件来创建动态pv
PV和PVC之间的相互作用遵循这个生命周期: ⭐⭐⭐
Provisioning(配置)---> Binding(绑定)---> Using(使用)---> Releasing(释放) ---> Recycling(回收)
●Provisioning,即 PV 的创建,可以直接创建 PV(静态方式),也可以使用 StorageClass 动态创建
●Binding,将 PV 分配给 PVC
●Using,Pod 通过 PVC 使用该 Volume,并可以通过准入控制StorageProtection(1.9及以前版本为PVCProtection) 阻止删除正在使用的 PVC
●Releasing,Pod 释放 Volume 并删除 PVC
●Reclaiming,回收 PV,可以保留 PV 以便下次使用,也可以直接从云存储中删除
根据这 5 个阶段,PV 下的状态有以 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
一个PV从创建到销毁的具体流程如下:⭐⭐⭐
1、一个PV创建完后状态会变成Available,等待被PVC绑定。
2、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。
3、Pod使用完后会释放PV,PV的状态变成Released。
4、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。
kubectl explain pv #查看pv的定义方式
FIELDS:
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata: #由于 PV 是集群级别的资源,即 PV 可以跨 namespace 使用,所以 PV 的 metadata 中不用配置 namespace
name:
spec
4.6 查看pv定义的规格
kubectl explain pv.spec #查看pv定义的规格
kubectl explain pv.spec #查看pv定义的规格
spce:
nfs:(定义存储类型)
path:(定义挂载卷路径)
server:(定义服(定义访问模型,务器名称)
accessModes: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)存储可读可写,但只支持被单个 Pod 挂载
- ReadOnlyMany #(ROX)存储可以以只读的方式被多个 Pod 挂载
- ReadWriteMany #(RWX)存储可以以读写的方式被多个 Pod 共享 注:官网
nfs 支持全部三种
#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) ⭐⭐⭐
persistentVolumeReclaimPolicy: Retain #回收策略(Retain/Delete/Recycle) * * *
#Retain(保留):当删除与之绑定的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(只有 AWS EBS, GCE PD, Azure Disk 和 Cinder 支持)
#Recycle(回收):删除数据,效果相当于执行了 rm -rf /thevolume/* (只有 NFS 和 HostPath 支持)
查看PVC的定义方式
kubectl explain pvc #查看PVC的定义方式
KIND: PersistentVolumeClaim
VERSION: v1
FIELDS:
apiVersion <string>
kind <string>
metadata <Object>
spec <Object>
#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)
k8s支持的存储插件的访问方式
部署NFS使用PV和PVC
配置nfs存储
cd /data/volumes
mkdir v{1,2,3,4,5}
vim /etc/exports
/data/volumes/v1 192.168.246.0/24(rw,no_root_squash)
/data/volumes/v2 192.168.246.0/24(rw,no_root_squash)
/data/volumes/v3 192.168.246.0/24(rw,no_root_squash)
/data/volumes/v4 192.168.246.0/24(rw,no_root_squash)
/data/volumes/v5 192.168.246.0/24(rw,no_root_squash)
exportfs -arv #重新加载 NFS 导出设置,更新所有共享,并在执行过程中提供详细的输出信息,
showmount -e
官方文档:https://kubernetes.io/zh-cn/docs/tasks/configure-pod-container/configure-persistent-volume-storage/#create-a-persistentvolume
然后进入到node1 node2节点去查看是否能看见这个共享数据
nfs的共享数据创建好了,随后去创建pv资源
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
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
name: pv001
labels:
name: pv001
spec:
nfs:
path: /data/volumes/v1
server: 192.168.246.13
accessModes: ["ReadWriteMany","ReadWriteOnce"]
capacity:
storage: 1Gi
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
name: pv002
labels:
name: pv002
spec:
nfs:
path: /data/volumes/v2
server: 192.168.246.13
accessModes: ["ReadWriteOnce"]
capacity:
storage: 2Gi
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
name: pv003
labels:
name: pv003
spec:
nfs:
path: /data/volumes/v3
server: 192.168.246.13
accessModes: ["ReadWriteMany","ReadWriteOnce"]
capacity:
storage: 2Gi
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
name: pv004
labels:
name: pv004
spec:
nfs:
path: /data/volumes/v4
server: 192.168.246.13
accessModes: ["ReadWriteMany","ReadWriteOnce"]
capacity:
storage: 4Gi
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
name: pv005
labels:
name: pv005
spec:
nfs:
path: /data/volumes/v5
server: stor01 #可以是nfs机器的ip地址也可以是主机名,此处主机名,验证下
accessModes: ["ReadWriteMany","ReadWriteOnce"]
capacity:
storage: 5Gi
5个pv依次被创建出来
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
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
name: mypvc
spec:
accessModes:
- ReadWriteMany
volumeMode: Filesystem
resources:
requests:
storage: 2Gi
随后查看pv与pvc,pvc找到合适的pv 并进行绑定这边找到了pv003
pvc pv都创建好了 随后创建pod
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: mypod
namespace: default
spec:
containers:
- name: myapp
image: soscscs/myapp:v1
volumeMounts:
- name: html #与下面定义的存储卷名称一致
mountPath: /usr/share/nginx/html
volumes:
- name: html #定义的是pvc的名称
persistentVolumeClaim:
claimName: mypvc #通过名称调用定义的pvc
随后,去nfs共享目录里面进行查看,pod挂载到了v3里面,利用与pvc进行挂载,因为pvc与pv是绑定的,所以nfs就直接导入到了nfs里面的共享目录里面
静态创建pv pvc的过程:
静态创建PV的步骤:
准备好存储设备和共享目录
准备创建PV资源的配置文件,定义访问模式(ReadWriteOnce、ReadOnlyMany、ReadWriteMany、ReadWriteMany)、存储空间大小、回收策略(Retain、Recycle、Delete)、存储设备类型、storageClassName等
准备创建PVC资源的配置文件,定义访问模式(必要条件,必须是PV支持的访问模式)、存储空间大小(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,定义卷类型为persistentVolumeClaim,并在容器配置中定义存储卷挂载点路径
删除pvc
删除pvc之前,一定要先删除pvc所挂载的pod,随后才能删除pvc!
当回收策略时retain时,删除pod 删除pvc之后,pv保留现场,k8s集群什么也不动,等着用户去手动处理
添加暗号 STORAGECLASS 在相同条件下 优先级高
删除pv 随后再次创建 pv的状态又是正常的
随后在pvyaml文件里面v5目录里面添加slow
随后,去修改pvc的yaml文件,在里面也添加slow
随后再去查看pv与pvc的绑定关系 通过暗号绑定一起
如果当pv的条件不满足pvc,pod会一直处于pending的状态
搭建 StorageClass + NFS,实现 NFS 的动态 PV 创建
Kubernetes 本身支持的动态 PV 创建不包括 NFS(NFS只有外部插件),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/
内部/外部插件:
卷插件称为 Provisioner(存储分配器),NFS 使用的是 nfs-client,这个外部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 exte卷插件会使用已经配置好的 NFS 服务器自动创建 rnal-storage 提供的 ceph.com/cephfs)。
数据流向:
①管理员首先定义一个StorageClass,它描述了存储类的属性,如存储类型、后端存储参数(如NFS服务器的地址和路径)、回收策略等。StorageClass中指定了Provisioner插件,该插件负责根据StorageClass的定义动态创建PV
②根据StorageClass中指定的Provisioner插件,管理员需要在Kubernetes集群中安装并配置相应的插件
③用户或应用开发者在Kubernetes集群中创建一个PVC,指定所需的存储大小、访问模式以及StorageClass的名称
④Kubernetes系统监控PVC的创建,并查找与之匹配的StorageClass。一旦找到匹配的StorageClass,Kubernetes会触发Provisioner插件根据StorageClass的定义动态创建一个PV。
⑤创建好的PV会自动与PVC进行绑定。这个绑定过程是基于PVC中的请求参数(如存储大小和访问模式)与PV的属性进行匹配的
⑥当Pod创建时,它可以指定使用某个已绑定的PVC。Kubernetes会将PV挂载到Pod中,使得Pod中的应用可以访问该PV上的数据。
简要的来说 就是创建storageClass里面包含了存储类的数据和类型,随后只当provisioner插件,这个负责动态创建pv,用户创建一个pvc需求,随后去匹配storageClass,如果遇到合适的则取触发provisioner外部插件去自动的创建pv,创建好的pv与pvc自动的进行绑定,随后pod去挂载pvc,在pod里面写入的数据会自动传到pv所在的nfs存储里面。
搭建 StorageClass + NFS
- 创建StorageClass。
- 创建PVC绑定
-
在stor01节点上安装nfs,并配置nfs服务
-
mkdir /opt/k8s chmod 777 /opt/k8s/ vim /etc/exports /opt/k8s 192.168.246.0/24(rw,no_root_squash,sync) systemctl restart nfs
创建一个名为/opt/k8s的目录:mkdir /opt/k8s
将/opt/k8s目录的权限设置为777:chmod 777 /opt/k8s/
使用vim编辑/etc/exports文件,添加如下行,允许192.168.246.0/24网段的主机以读写模式挂载/opt/k8s目录,并且不进行root权限转换(norootsquash),并同步写入(sync):
重启NFS服务:systemctl restart nfs
创建 Service Account
创建 Service Account,用来管理 NFS Provisioner(nfs的外部插件) 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
---
#创建集群角色
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"]
---
#集群角色绑定
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
这段YAML文件定义了在Kubernetes中创建一个Service Account以及相关的ClusterRole和ClusterRoleBinding来管理NFS Provisioner的权限。
ServiceAccount部分定义了一个名为nfs-client-provisioner的Service Account,用于代表NFS Provisioner在集群中运行时的身份。
ClusterRole部分定义了一个名为nfs-client-provisioner-clusterrole的ClusterRole,包含了对于Persistent Volumes(PV)、Persistent Volume Claims(PVC)、StorageClasses等资源的访问权限规则。这些规则包括获取、列出、监视、创建和删除PV、PVC,以及获取、列出、监视StorageClasses等操作。
ClusterRoleBinding部分定义了一个名为nfs-client-provisioner-clusterrolebinding的ClusterRoleBinding,将前面定义的ClusterRole绑定到先前定义的Service Account上,以确保该Service Account拥有相应的权限。
通过这些定义,可以确保NFS Provisioner在Kubernetes集群中具有适当的权限,以管理PV、PVC和StorageClasses等资源。
网络插件(相当于一个pod)要创建pv,就必须要通过apiserver,所以要有权限,权限的基础时角色,通过角色去设置权限,让账户去跟角色绑定,可以有管理pv pvc的权限
使用 Deployment 来创建 NFS Provisioner存储卷插件
NFS Provisione(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。
通过Deployment创建NFS Provisioner的实例,可以确保其在集群中始终处于运行状态,并且可以根据需要进行水平扩展。这样,Kubernetes集群中的应用程序可以方便地访问和使用NFS存储,而无需手动管理PV和NFS之间的关联关系。
#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:
# 修改kube-apiserver.yaml文件,设置kube-apiserver的参数 vim /etc/kubernetes/manifests/kube-apiserver.yaml spec: containers: - command: - kube-apiserver - --feature-gates=RemoveSelfLink=false # 添加这一行,开启RemoveSelfLink特性 - --advertise-address=192.168.41.31 ...... # 应用kube-apiserver.yaml文件的更改 kubectl apply -f /etc/kubernetes/manifests/kube-apiserver.yaml # 删除kube-apiserver的Pod以便更改生效 kubectl delete pods kube-apiserver -n kube-system # 检查kube-apiserver的Pod是否重新启动 kubectl get pods -n kube-system | grep apiserver
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
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 #挂载路径
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 #nfs服务器的主机名或IP也可以
path: /opt/k8s
node节点加载镜像
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
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时不会对数据进行存档,即删除数据, #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
kubectl get storageclass
kubectl apply -f nfs-client-storageclass.yaml: 通过 Kubernetes 的命令行工具 kubectl 应用(或创建)nfs-client-storageclass.yaml 文件中定义的资源,这里是一个 StorageClass。
kubectl get storageclass: 通过 kubectl 获取当前 Kubernetes 集群中所有的 StorageClass 列表。这可以用于确认上一步的 StorageClass 是否成功创建。
创建 PVC 和 Pod 测试
# 定义持久卷声明(PersistentVolumeClaim),用于请求持久卷
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
name: test-nfs-pvc # 持久卷声明的名称
spec:
accessModes:
- ReadWriteMany # 访问模式设置为读写多个节点
storageClassName: nfs-client-storageclass # 关联的存储类对象
resources:
requests:
storage: 1Gi # 请求的存储容量为1Gi
---
# 定义Pod,用于使用持久卷
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: test-storageclass-pod # Pod 的名称
spec:
containers:
- name: busybox
image: busybox:latest
imagePullPolicy: IfNotPresent
command:
- "/bin/sh"
- "-c"
args:
- "sleep 3600" # 命令参数,让容器保持运行状态
volumeMounts:
- name: nfs-pvc # 指定挂载的持久卷名称
mountPath: /mnt # 挂载路径
restartPolicy: Never # Pod 的重启策略
volumes:
- name: nfs-pvc # 定义一个名为nfs-pvc的卷
persistentVolumeClaim:
claimName: test-nfs-pvc # 引用之前定义的持久卷声明的名称
kubectl apply -f test-pvc-pod.yaml
PVC 通过 StorageClass 自动申请到空间
查看 NFS 服务器上是否生成对应的目录,自动创建的 PV 会以 ${namespace}-${pvcName}-${pvName} 的目录格式放到 NFS 服务器上
ls /opt/k8s
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 #
/mnt # echo 'this is test file zzz' > test.txt
/mnt #
发现 NFS 服务器上存在,说明验证成功
cat /opt/k8s/default-test-nfs-pvc-pvc-63092b35-4764-4de2-80eb-5de3c3ddbda6/test.txt
动态创建PV的步骤
1)准备好存储设备和共享目录
2)如果是外置存储卷插件,需要先创建serviceaccount账户(Pod使用访问apiserver使用的账户)和RBAC授权(创建角色授予相关资源对象的操作权限,再将账户与角色绑定),使得serviceaccount账户具有对PV、PVC、StorageClass等资源的操作权限
3)准备创建外置存储插件Pod资源的配置文件(外置存储插件在k8s集群中以pod形式运行),定义serviceaccount账户作为Pod的用户,并设置相关的环境变量(比如存储插件名称等)
4)创建StorageClass资源,provisioner要设置为存储插件名称
------------------------以上操作是一劳永逸的,
之后只需要创建PVC资源引用StorageClass就可以自动调用存储卷插件动态创建PV资源
5)准备创建PVC资源的配置文件,定义访问模式、存储空间大小、storageClassName设置为StorageClass资源名称等来动态创建PV资源并绑定PV
6)创建Pod资源挂载PVC存储卷,定义卷类型为persistentVolumeClaim,并在容器配置中定义存储卷挂载点路径
7.2静态创建PV的步骤
准备好存储设备和共享目录
准备创建PV资源的配置文件,定义访问模式(ReadWriteOnce、ReadOnlyMany、ReadWriteMany、ReadWriteMany)、存储空间大小、回收策略(Retain、Recycle、Delete)、存储设备类型、storageClassName等
准备创建PVC资源的配置文件,定义访问模式(必要条件,必须是PV支持的访问模式)、存储空间大小(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,定义卷类型为persistentVolumeClaim,并在容器配置中定义存储卷挂载点路径