Kubernetes数据持久化方案

在开始介绍k8s持久化存储前，我们有必要了解一下k8s的emptydir和hostpath、configmap以及secret的机制和用途。

1、Emptydir
EmptyDir是一个空目录，他的生命周期和所属的 Pod 是完全一致的，EmptyDir主要作用可以在同一 Pod 内的不同容器之间共享工作过程中产生的文件。如果Pod配置了emptyDir类型Volume， Pod 被分配到Node上时候，会创建emptyDir，只要Pod运行在Node上，emptyDir都会存在（容器挂掉不会导致emptyDir丢失数据），但是如果Pod从Node上被删除（Pod被删除，或者Pod发生迁移），emptyDir也会被删除，并且永久丢失。

# cat emptydir.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
   name: busybox
spec:
  containers:
   - name : busybox
     image: registry.fjhb.cn/busybox
     imagePullPolicy: IfNotPresent
     command:
      - sleep
      - "3600"
     volumeMounts:
      - mountPath: /busybox-data
        name: data
  volumes:
   - name: data
     emptyDir: {}

2、Hostpath
Hostpath会把宿主机上的指定卷加载到容器之中，如果 Pod 发生跨主机的重建，其内容就难保证了。这种卷一般和DaemonSet搭配使用。hostPath允许挂载Node上的文件系统到Pod里面去。如果Pod有需要使用Node上的东西，可以使用hostPath，不过不过建议使用，因为理论上Pod不应该感知Node的。

# cat hostpath.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
   name: busybox
spec:
  containers:
   - name : busybox
     image: registry.fjhb.cn/busybox
     imagePullPolicy: IfNotPresent
     command:
      - sleep
      - "3600"
     volumeMounts:
      - mountPath: /busybox-data
        name: data
  volumes:
   - hostPath:
      path: /tmp
     name: data

emptyDir和hostPat很多场景是无法满足持久化需求，因为在Pod发生迁移的时候，数据都无法进行转移的，这就需要分布式文件系统的支持。

3、Configmap
镜像使用的过程中，经常需要利用配置文件、启动脚本等方式来影响容器的运行方式，如果仅有少量配置，我们可以使用环境变量的方式来进行配置。然而对于一些较为复杂的配置，k8s提供了configmap解决方案。　
ConfigMap API资源存储键/值对配置数据，这些数据可以在pods里使用。
ConfigMap跟Secrets类似，但是ConfigMap可以更方便的处理不包含敏感信息的字符串。
当ConfigMap以数据卷的形式挂载进Pod的时，这时更新ConfigMap（或删掉重建ConfigMap），Pod内挂载的配置信息会热更新。这时可以增加一些监测配置文件变更的脚本，然后reload对应服务
ConfigMap的API概念上来说是很简单的。从数据角度来看，ConfigMap的类型只是键值组。应用可以从不同角度来配置。在一个pod里面使用ConfigMap大致有三种方式：
1、命令行参数
2、环境变量
3、数据卷文件

将变量做成configmap

将nginx配置文件做成configmap

# cat nginx.conf    
user nginx;
worker_processes auto;
error_log /etc/nginx/error.log;
pid /run/nginx.pid;

# Load dynamic modules. See /usr/share/nginx/README.dynamic.
include /usr/share/nginx/modules/*.conf;

events {
    worker_connections 1024;
}

http {
    log_format  main  '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
                      '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
                      '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';
    server_tokens     off;
    access_log        /usr/share/nginx/html/access.log  main;

    sendfile            on;
    tcp_nopush          on;
    tcp_nodelay         on;
    keepalive_timeout   65;
    types_hash_max_size 2048;

    include             /etc/nginx/mime.types;
    default_type        application/octet-stream;

    include /etc/nginx/conf.d/*.conf;

    server {
[root@vm1 ~]# cat nginx.conf   
user nginx;
worker_processes auto;
error_log /etc/nginx/error.log;
pid /run/nginx.pid;

# Load dynamic modules. See /usr/share/nginx/README.dynamic.
include /usr/share/nginx/modules/*.conf;

events {
    worker_connections 1024;
}

http {
    log_format  main  '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
                      '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
                      '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';
    server_tokens     off;
    access_log        /usr/share/nginx/html/access.log  main;

    sendfile            on;
    tcp_nopush          on;
    tcp_nodelay         on;
    keepalive_timeout   65;
    types_hash_max_size 2048;

    include             /etc/nginx/mime.types;
    default_type        application/octet-stream;

    include /etc/nginx/conf.d/*.conf;

    server {
        listen       80 default_server;
        listen       [::]:80 default_server;
        server_name  _;
        root         /usr/share/nginx/html;

        include /etc/nginx/default.d/*.conf;

        location / {
        }

        error_page 404 /404.html;
            location = /40x.html {
        }

        error_page 500 502 503 504 /50x.html;
            location = /50x.html {
        }
    }

}

# kubectl create configmap nginxconfig --from-file nginx.conf  
# kubectl get configmap
# kubectl get configmap -o yaml

在rc配置文件中使用configmap

# cat nginx-rc-configmap.yaml   
apiVersion: v1
kind: ReplicationController
metadata:
  name: nginx
  labels:
    name: nginx
spec:
  replicas: 2
  selector:
    name: nginx
  template:
    metadata:
      labels: 
       name: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: docker.io/nginx
        volumeMounts:
        - name: nginx-etc
          mountPath: /etc/nginx/nginx.conf
          subPath: nginx.conf
        ports:
        - containerPort: 80
      volumes:
      - name: nginx-etc
        configMap:
         name: nginxconfig 
         items:
          - key: nginx.conf 
            path: nginx.conf

# kubectl create -f nginx-rc-configmap.yaml 

configmap的信息实际是存储在etcd中的，可以使用kubectl edit configmap xxx 来对configmap进行修改

# etcdctl ls /registry/configmaps/default
# etcdctl get /registry/configmaps/default/nginxconfig

4、Secret
Kubemetes提供了Secret来处理敏感数据，比如密码、Token和密钥，相比于直接将敏感数据配置在Pod的定义或者镜像中，Secret提供了更加安全的机制（Base64加密），防止数据泄露。Secret的创建是独立于Pod的，以数据卷的形式挂载到Pod中，Secret的数据将以文件的形式保存，容器通过读取文件可以获取需要的数据。
目前Secret的类型有3种： 
Opaque(default): 任意字符串 
kubernetes.io/service-account-token: 作用于ServiceAccount
kubernetes.io/dockercfg: 作用于Docker registry，用户下载docker镜像认证使用
secert的具体配置在前文serviceaccount中已经介绍过了，本文不再赘述。

下面我们来介绍一下k8s的持久化存储方案，目前k8s支持的存储方案主要如下：
分布式文件系统：NFS/GlusterFS/CephFS
公有云存储方案：AWS/GCE/Auzre

Nfs存储方案
NFS 是Network File System的缩写，即网络文件系统。Kubernetes中通过简单地配置就可以挂载NFS到Pod中，而NFS中的数据是可以永久保存的，同时NFS支持同时写操作。

1、首先安装nfs

# yum -y install nfs-util*
# cat /etc/exports
/home 192.168.115.0/24(rw,sync,no_root_squash)
# systemctl start rpcbind
# systemctl start nfs
# showmount -e 127.0.0.1
Export list for 127.0.0.1:
/home 192.168.115.0/24

2、使用pod直接挂载nfs
要保证集群内所有的node节点都可以挂载nfs

# cat nfs.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
   name: busybox
spec:
  containers:
   - name : busybox
     image: registry.fjhb.cn/busybox
     imagePullPolicy: IfNotPresent
     command:
      - sleep
      - "3600"
     volumeMounts:
      - mountPath: /busybox-nfsdata
        name: nfsdata
  volumes:
   - name: nfsdata
     nfs:
      server: 192.168.115.6
      path: /home

3、使用PV和PVC
在实际的使用中，我们通常会将各存储划分成PV，然后和PVC绑定给pod使用。
PV：PersistentVolume
PVC：PersistentVolumeClaim

PV和PVC的生命周期：
供应准备：通过集群外的存储系统或者公有云存储方案来提供存储持久化支持。
静态提供：管理员手动创建多个PV，供PVC使用。
动态提供：动态创建PVC特定的PV，并绑定。

绑定：用户创建pvc并指定需要的资源和访问模式。在找到可用pv之前，pvc会保持未绑定状态。

使用：用户可在pod中像使用volume一样使用pvc。

释放：用户删除pvc来回收存储资源，pv将变成“released”状态。由于还保留着之前的数据，这些数据需要根据不同的策略来处理，否则这些存储资源无法被其他pvc使用。

回收(Reclaiming)：pv可以设置三种回收策略：保留（Retain），回收（Recycle）和删除（Delete）
保留策略：允许人工处理保留的数据。
删除策略：将删除pv和外部关联的存储资源，需要插件支持。
回收策略：将执行清除操作，之后可以被新的pvc使用，需要插件支持。

PV卷阶段状态：
Available – 资源尚未被PVC使用
Bound – 卷已经被绑定到PVC了
Released – PVC被删除，PV卷处于释放状态，但未被集群回收。
Failed – PV卷自动回收失败

PV卷的访问模式
ReadWriteOnce – 单node的读写 
ReadOnlyMany – 多node的只读 
ReadWriteMany – 多node的读写

创建pv与pvc

# cat nfs-pv.yaml 
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv-nfs-001 
spec:
  capacity:
    storage: 5Gi 
  accessModes:
  - ReadWriteMany 
  nfs: 
    path: /home
    server: 192.168.115.6
  persistentVolumeReclaimPolicy: Recycle 

# cat nfs-pvc.yaml                  
kind: PersistentVolumeClaim
apiVersion: v1
metadata:
  name: nfs-data
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  resources:
    requests:
      storage: 5Gi

在PVC绑定PV时通常根据两个条件来绑定，一个是存储的大小，另一个就是访问模式。

在rc文件中使用PVC

# cat nginx-rc-configmap.yaml   
apiVersion: v1
kind: ReplicationController
metadata:
  name: nginx
  labels:
    name: nginx
spec:
  replicas: 2
  selector:
    name: nginx
  template:
    metadata:
      labels: 
       name: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: docker.io/nginx
        volumeMounts:
        - name: nginx-data
          mountPath: /usr/share/nginx/html
        - name: nginx-etc
          mountPath: /etc/nginx/nginx.conf
          subPath: nginx.conf
        ports:
        - containerPort: 80
      volumes:
      - name: nginx-data
        persistentVolumeClaim:
         claimName: nfs-data
      - name: nginx-etc
        configMap:
         name: nginxconfig 
         items:
          - key: nginx.conf 
            path: nginx.conf