kubernetes中持久化存储之StorageClass

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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。

具体来说，StorageClass会定义一下两部分：

PV的属性，比如存储的大小、类型等；
创建这种PV需要使用到的存储插件，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，创建出需要的PV。

这里我们以NFS为例，要使用NFS，我们就需要一个nfs-client的自动装载程序，我们称之为Provisioner，这个程序会使用我们已经配置好的NFS服务器自动创建持久卷，也就是自动帮我们创建PV。

说明：

自动创建的PV会以{pvcName}-${pvName}的目录格式放到NFS服务器上；
如果这个PV被回收，则会以archieved-{pvcName}-${pvName}这样的格式存放到NFS服务器上；

详细可以参考：https://github.com/kubernetes-incubator/external-storage/tree/master/nfs-client

在部署之前，首先得确保有可用得NFS服务器，这里默认已经有可用得NFS服务器了。
1、创建ServiceAccount，为nfs-client授权。
nfs-client-sa.yaml

---
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

通过上面得配置，设置nfs-client对PV，PVC，StorageClass等得规则。接下来我们创建这个YAML文件：

[root@master storageclass]# kubectl apply -f nfs-client-sa.yaml 
serviceaccount/nfs-client-provisioner created
clusterrole.rbac.authorization.k8s.io/nfs-client-provisioner-clusterrole created
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/nfs-client-provisioner-clusterrolebinding created

2、创建nfs-client
使用Deployment来创建nfs-client，配置如下：
nfs-client.yaml

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: nfs-client-prosioner
spec:
  replicas: 1
  strategy:
    type: Recreate
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nfs-client-prosioner
    spec:
      serviceAccountName: nfs-client-provisioner
      containers:
      - name: nfs-client-prosioner
        image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/rookieops/nfs-client-provisioner:v0.1
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        volumeMounts:
        - name: nfs-client-root
          mountPath: /data/pv
        env:
        - name: PROVISIONER_NAME
          value: rookieops/nfs
        - name: NFS_SERVER
          value: 122.51.79.172
        - name: NFS_PATH
          value: /data/k8s/prometheus
      volumes:
      - name: nfs-client-root
        nfs:
          server: 122.51.79.172
          path: /data/k8s/prometheus

然后创建这个YAML文件。

[root@master storageclass]# kubectl apply -f nfs-client.yaml 
deployment.extensions/nfs-client-prosioner created

查看其状态：

[root@master storageclass]# kubectl get pod
NAME                                    READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nfs-client-prosioner-66c9bb7f88-q2qm4   1/1     Running   0          52m

3、上面得创建完成后就可以创建StorageClass了。
nfs-client-storageclass.yaml

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: nfs-client-storageclass
provisioner: rookieops/nfs

注意provisioner必须和上面得Deployment的YAML文件中PROVISIONER_NAME的值保持一致。
创建这个YAML文件：

[root@master storageclass]# kubectl apply -f nfs-client-storageclass.yaml 
storageclass.storage.k8s.io/nfs-client-storageclass created
[root@master storageclass]# kubectl get storageclass
NAME                      PROVISIONER      AGE
nfs-client-storageclass   fuseim.pri/ifs   15s

4、创建PVC
test-nfs-pvc.yaml

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: test-nfs-pvc2
  annotations:
    volume.beta.kubernetes.io/storage-class: "nfs-client-storageclass"
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  resources:
    requests:
      storage: 1Mi

annotations的作用是在PVC里声明一个StorageClass对象的标识。

创建这个YAML文件，观察其状态：

[root@master storageclass]# kubectl apply -f test-pvc.yaml 
persistentvolumeclaim/test-nfs-pvc created
[root@master storageclass]# kubectl get pvc
NAME           STATUS   VOLUME                                     CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS              AGE
test-nfs-pvc   Bound    pvc-e5b8765b-1d7b-4529-860f-bbe34e0b4109   1Mi        RWX            nfs-client-storageclass   2m16s

我们看到该PVC自动申请到空间，其STORAGECLASS就是我们创建的nfs-client-storageclass。

5、创建一个Pod，进行测试
test-pod.yaml

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-pvc2

然后查看NFS服务器上是否生成对应的目录：

[root@master k8s]# ll
total 0
drwxrwxrwx 2 root root 6 Oct 29 17:21 default-test-nfs-pvc2-pvc-91671ba7-8da8-4611-8bd5-3673f63d15cb

我们可以看到生成了对应的目录，格式和我们上面说的一致。现在进Pod向该目录下写一个文件，然后查看NFS服务器上是否存在该文件：

[root@master storageclass]# kubectl exec -it test-storageclass-pod -- /bin/sh
/ # cd /mnt/
/mnt # echo "hello,I am NFS Server!" > test
/mnt # ls
test

[root@master default-test-nfs-pvc2-pvc-91671ba7-8da8-4611-8bd5-3673f63d15cb]# ls
test
[root@master default-test-nfs-pvc2-pvc-91671ba7-8da8-4611-8bd5-3673f63d15cb]# cat test 
hello,I am NFS Server!

我们发现NFS服务器上存在，说明我们验证成功。

另外我们可以看到我们这里是手动创建的一个 PVC 对象，在实际工作中，使用 StorageClass 更多的是 StatefulSet 类型的服务，StatefulSet 类型的服务我们也可以通过一个 volumeClaimTemplates 属性来直接使用 StorageClass，如下：(test-statefulset-nfs.yaml)

apiVersion: apps/v1beta1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: nfs-web
spec:
  serviceName: "nginx"
  replicas: 2
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nfs-web
    spec:
      terminationGracePeriodSeconds: 10
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.7.9
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        ports:
        - containerPort: 80
          name: web
        volumeMounts:
        - name: www
          mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumeClaimTemplates:
  - metadata:
      name: www
      annotations:
        volume.beta.kubernetes.io/storage-class: nfs-client-storageclass
    spec:
      accessModes: [ "ReadWriteOnce" ]
      resources:
        requests:
          storage: 1Gi

可以看到volumeClaimTemplates就是我们上面的PVC模板。然后我们创建这个文件：

[root@master storageclass]# kubectl apply -f test-statefulset.yaml 
statefulset.apps/nfs-web created

[root@master storageclass]# kubectl get pvc
NAME            STATUS   VOLUME                                     CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS              AGE
www-nfs-web-0   Bound    pvc-5df69dbe-8b54-45dd-acd0-769c0c9ee1b8   1Gi        RWO            nfs-client-storageclass   7s
www-nfs-web-1   Bound    pvc-0e83fef9-ec16-4e02-8482-7e04b7c81c92   1Gi        RWO            nfs-client-storageclass   3s

可以看到会自动生成两个PVC。

在NFS服务器上也可以看到正常创建了目录：

[root@master k8s]# ll
total 0
drwxrwxrwx 2 root root 18 Oct 29 17:29 default-test-nfs-pvc2-pvc-91671ba7-8da8-4611-8bd5-3673f63d15cb
drwxrwxrwx 2 root root  6 Oct 29 17:34 default-www-nfs-web-0-pvc-5df69dbe-8b54-45dd-acd0-769c0c9ee1b8
drwxrwxrwx 2 root root  6 Oct 29 17:34 default-www-nfs-web-1-pvc-0e83fef9-ec16-4e02-8482-7e04b7c81c92

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