kubernetes中的Project Volume

这kubernetes中，这类Volume不是为了存放数据，也不是用来做数据交换，而是为容器提供预先定义好的数据。所以从容器角度来看，这类Volume就像是被投射进容器一样。


到目前为止，kubernetes支持4种这类Volume：
（1）、Secret
（2）、ConfigMap
（3）、DownloadAPI
（4）、ServiceAccountToken

3.1.1、Secret

Secret的作用是把Pod想要访问的加密数据存放到Etcd中，然后可以在Pod容器中通过挂载的方式访问Secret里保存的信息。


一旦Secret被创建，就可以通过下面三种方式使用它：
（1）在创建Pod时，通过为Pod指定Service Account来自动使用该Secret。
（2）通过挂载该Secret到Pod来使用它。
（3）在Docker镜像下载时使用，通过指定Pod的spc.ImagePullSecrets来引用它。


例如，我们定义下面这个Pod：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-volume-test
  labels:
    app: pod-volume-test
spec:
  containers:
  - name: volume-secret-test
    image: busybox
    command:
    - "/bin/sh"
    - "-c"
    - "sleep 3600"
    volumeMounts:
    - name: my-secret
      mountPath: "/project-volume"
      readOnly: true
  volumes:
  - name: my-secret
    projected:
      sources:
      - secret:
          name: my-secret-volume

从上面的yaml文件中可以看到定义了一个简单的容器volume-secret-test，它里面挂载了一个my-secret的volume，这个volume是project类型，而这个数据来源是叫user和password得secret对象。


这里的secret对象，可以直接通过文件生成，也可以通过定义YAML文件的方式来创建。
（1）、通过文件生成

cat ./username.txt
admin
$ cat ./password.txt
c1oudc0w!

$ kubectl create secret generic user --from-file=./username.txt
$ kubectl create secret generic pass --from-file=./password.txt

（2）、通过YAML方式生成

apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: my-secret-volume
type: Opaque
data:
  user: cm9vdA==
  password: UEBzc1cwcmQ=

其中user和password的值是需要经过base64转码，如下：

[root@master ~]# echo -n "root" | base64 
cm9vdA==
[root@master ~]# echo -n "P@ssW0rd" | base64 
UEBzc1cwcmQ=

这个转码未经过加密，在实际生产中是需要添加一个secret的插件，用来做加密操作。
然后我们来创建这个两个pod：

# kubectl apply -f creat-volume-secret.yaml
# kubectl apply -f pod-volume-test.yaml

然后通过如下命令查看创建的secret：



然后通过kubectl exec进去容器查看是否挂载上：

[root@master volume]# kubectl exec -it pod-volume-test -- /bin/sh
/ # cd project-volume/
/project-volume # ls
password  user
/project-volume # cat password 
P@ssW0rd
/project-volume # cat user 
root

通过这种方式挂载的Secret，如果某个数据被更新，这些Volume里的内容不会被更新，如果要更新，我们需要重新apply一下或者删除重建。


比如，我们修改password的值：

apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: my-secret-volume
type: Opaque
data:
  user: cm9vdA==
  password: cGFzc3dvcmQxMjM0NTY=

然后重新执行一下：

# kubectl apply -f creat-volume-secret.yaml

然后我们进入容器查看password变化（大概等了2分钟）：

[root@master volume]# kubectl exec -it pod-volume-test -- /bin/sh
/ # cd project-volume/
/project-volume # cat password 
password123456

说明：
每个单独的Secret大小不能超过1MB，Kubernetes不鼓励创建大的Secret，因为如果使用大的Secret，则将大量占用API Server和kubelet的内存。当然，创建许多小的Secret也能耗尽APIServer和kubelet的内存。

综上，我们可以通过Secret保管其他系统的敏感信息（比如数据库的用户名和密码），并以Mount的方式将Secret挂载到Container中，然后通过访问目录中文件的方式获取该敏感信息。当Pod被API Server创建时，API Server不会校验该Pod引用的Secret是否存在。一旦这个Pod被调度，则kubelet将试着获取Secret的值。如果Secret不存在或暂时无法连接到API Server，则kubelet按一定的时间间隔定期重试获取该Secret，并发送一个Event来解释Pod没有启动的原因。一旦Secret被Pod获取，则kubelet将创建并挂载包含Secret的Volume。只有所有Volume都挂载成功，Pod中的Container才会被启动。在kubelet启动Pod中的Container后，Container中和Secret相关的Volume将不会被改变，即使Secret本身被修改。为了使用更新后的Secret，必须删除旧Pod，并重新创建一个新Pod。

3.1.2、ConfigMap

ConfigMap和Serect类似，不同之处在于ConfigMap保存的数据信息是不需要加密的，比如一些应用的配置信息，其他的用法和Secret一样。同样，我们可以使用两种方式来创建ConfigMap:

• 通过命令行方式，也就是kubectl create configmap；
• 通过YAML文件方式；

（1）、通过命令方式创建

如果我们不知道ConfigMap的命令方式，可以使用kubectl create configmap -h查看使用方法，如下：

Examples:
  # Create a new configmap named my-config based on folder bar
  kubectl create configmap my-config --from-file=path/to/bar
  
  # Create a new configmap named my-config with specified keys instead of file basenames on disk
  kubectl create configmap my-config --from-file=key1=/path/to/bar/file1.txt --from-file=key2=/path/to/bar/file2.txt
  
  # Create a new configmap named my-config with key1=config1 and key2=config2
  kubectl create configmap my-config --from-literal=key1=config1 --from-literal=key2=config2
  
  # Create a new configmap named my-config from the key=value pairs in the file
  kubectl create configmap my-config --from-file=path/to/bar
  
  # Create a new configmap named my-config from an env file
  kubectl create configmap my-config --from-env-file=path/to/bar.env

从上面可以看出，创建ConfigMap可以从给定一个目录来创建。例如，我们定义了如下一些配置文件：

[root@master volume]# cd configmap-daemo/
[root@master configmap-daemo]# ll
total 8
-rw-r--r-- 1 root root 25 Sep  6 17:07 mysqld.conf
-rw-r--r-- 1 root root 25 Sep  6 17:07 redis.conf
[root@master configmap-daemo]# cat mysqld.conf 
host=127.0.0.1
port=3306
[root@master configmap-daemo]# cat redis.conf 
host=127.0.0.1
port=6379

然后使用一下命令来进行创建：

# kubectl create configmap my-configmap --from-file=configmap-daemo/

然后通过一下命令查看创建完的configmap：

[root@master volume]# kubectl get configmap
NAME           DATA   AGE
my-configmap   2      19s
[root@master volume]# kubectl describe configmap my-configmap
Name:         my-configmap
Namespace:    default
Labels:       
Annotations:  

Data
====
mysqld.conf:
----
host=127.0.0.1
port=3306

redis.conf:
----
host=127.0.0.1
port=6379

Events:  

我们可以看到两个key对应的是文件的名字，value对应的是文件的内容。如果要看键值的话可以通过如下命令查看：

[root@master volume]# kubectl get configmap my-configmap -o yaml
apiVersion: v1
data:
  mysqld.conf: |
    host=127.0.0.1
    port=3306
  redis.conf: |
    host=127.0.0.1
    port=6379
kind: ConfigMap
metadata:
  creationTimestamp: "2019-09-06T09:10:49Z"
  name: my-configmap
  namespace: default
  resourceVersion: "252070"
  selfLink: /api/v1/namespaces/default/configmaps/my-configmap
  uid: cd8d3752-c1c4-48e0-b523-bafa20f1ba1f

当然，我们还可以通过文件来创建一个configmap，比如我们定义一个如下的配置文件：

[root@master configmap-daemo]# cat nginx.conf 
user  nobody;
worker_processes  1;
error_log  logs/error.log;
error_log  logs/error.log  notice;
error_log  logs/error.log  info;
pid        logs/nginx.pid;
events {
    worker_connections  1024;
}
http {
    include       mime.types;
    default_type  application/octet-stream;
    log_format  main  '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
                      '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
                      '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';
    access_log  logs/access.log  main;
    sendfile        on;
    tcp_nopush     on;
    keepalive_timeout  65;
    gzip  on;
    server {
        listen       80;
        server_name  localhost;
        location / {
            root   html;
            index  index.html index.htm;
        }
        error_page   500 502 503 504  /50x.html;
        location = /50x.html {
            root   html;
        }
    }
}

然后启动如下命令创建一个nginx的configmap：

# kubectl create configmap nginx-configmap --from-file=nginx.conf

然后查看创建后的信息：

[root@master configmap-daemo]# kubectl get configmap nginx-configmap -o yaml
apiVersion: v1
data:
  nginx.conf: |
    user  nobody;
    worker_processes  1;
    error_log  logs/error.log;
    error_log  logs/error.log  notice;
    error_log  logs/error.log  info;
    pid        logs/nginx.pid;
    events {
        worker_connections  1024;
    }
    http {
        include       mime.types;
        default_type  application/octet-stream;
        log_format  main  '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
                          '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
                          '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';
        access_log  logs/access.log  main;
        sendfile        on;
        tcp_nopush     on;
        keepalive_timeout  65;
        gzip  on;
        server {
            listen       80;
            server_name  localhost;
            location / {
                root   html;
                index  index.html index.htm;
            }
            error_page   500 502 503 504  /50x.html;
            location = /50x.html {
                root   html;
            }
        }
    }
kind: ConfigMap
metadata:
  creationTimestamp: "2019-09-06T09:25:42Z"
  name: nginx-configmap
  namespace: default
  resourceVersion: "253356"
  selfLink: /api/v1/namespaces/default/configmaps/nginx-configmap
  uid: c4804bb0-dec3-461e-8fc4-0b0bb516815c

注：在一条命令中--from-file可以指定多次。
另外，通过帮助文档我们可以看到我们还可以直接使用字符串进行创建，通过--from-literal参数传递配置信息，同样的，这个参数可以使用多次，格式如下：

[root@master configmap-daemo]# kubectl create configmap my-cm-daemo --from-literal=db.host=localhost --from-literal=db.port=3306
configmap/my-cm-daemo created
[root@master configmap-daemo]# kubectl get configmap my-cm-daemo -o yaml
apiVersion: v1
data:
  db.host: localhosy
  db.port: "3306"
kind: ConfigMap
metadata:
  creationTimestamp: "2019-09-06T09:29:49Z"
  name: my-cm-daemo
  namespace: default
  resourceVersion: "253713"
  selfLink: /api/v1/namespaces/default/configmaps/my-cm-daemo
  uid: ee8823e7-f2b3-46bf-ba6c-2f32303622c4

（2）、通过YAML文件创建

通过YAML文件创建就比较简单，我们可以参考上面输出的yaml信息，比如定义如下一个YAML文件：

[root@master configmap-daemo]# cat my-cm-daemo2.yaml 
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: my-cm-daemon2
  labels:
    app: cm-daemon
data:
  redis.conf: |
    host=127.0.0.1
    port=6379

查看结果信息：

[root@master configmap-daemo]# kubectl apply -f my-cm-daemo2.yaml 
configmap/my-cm-daemon2 created
[root@master configmap-daemo]# kubectl describe configmap my-cm-daemon2
Name:         my-cm-daemon2
Namespace:    default
Labels:       app=cm-daemon
Annotations:  kubectl.kubernetes.io/last-applied-configuration:
                {"apiVersion":"v1","data":{"redis.conf":"host=127.0.0.1\nport=6379\n"},"kind":"ConfigMap","metadata":{"annotations":{},"labels":{"app":"cm...

Data
====
redis.conf:
----
host=127.0.0.1
port=6379

Events:  

（3）、使用ConfigMap

ConfigMap中的配置数据可以通过如下方式进行使用：

• 设置环境变量值
• 在容器里设置命令行参数
• 在数据卷中创建config文件

1、通过设置环境变量值来使用ConfigMap
定义如下YAML文件：

[root@master configmap-daemo]# cat env-configmap.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: env-configmap
  labels:
    app: env-configmap-mysql
spec:
  containers:
  - name: test-configmap
    image: busybox
    command:
    - "/bin/sh"
    - "-c"
    - "env"
    env:
      - name: DB_HOST
        valueFrom:
          configMapKeyRef:
            name: my-cm-daemo
            key: db.host
      - name: DB_PORT
        valueFrom:
          configMapKeyRef:
            name: my-cm-daemo
            key: db.port
    envFrom:
      - configMapRef:
          name: my-cm-daemo

查看配置结果：

[root@master configmap-daemo]# kubectl apply -f env-configmap.yaml 
pod/env-configmap created
[root@master configmap-daemo]# kubectl logs env-configmap
KUBERNETES_PORT=tcp://10.68.0.1:443
KUBERNETES_SERVICE_PORT=443
HOSTNAME=env-configmap
DB_PORT=3306
DB_HOST=localhost
......

我们可以看到我们期望得到的变量信息已经从ConfigMap中得到了。


2、在容器中设置命令行参数来获取ConfigMap配置信息
定义YAML问价如下：

[root@master configmap-daemo]# cat command-configmap.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: command-configmap
spec:
  containers:
  - name: command-configmap-test
    image: busybox
    command:
    - "/bin/sh"
    - "-c"
    - "echo $(DB_HOST) $(DB_PORT)"
    env:
      - name: DB_HOST
        valueFrom:
          configMapKeyRef:
            name: my-cm-daemo
            key: db.host
      - name: DB_PORT
        valueFrom:
           configMapKeyRef:
             name: my-cm-daemo
             key: db.port

查看结果

[root@master configmap-daemo]# kubectl logs command-configmap
localhosy 3306

3、在数据卷中使用ConfigMap
定义YAML文件如下：

[root@master configmap-daemo]# cat volume-configmap.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: volume-configmap-test
spec:
  containers:
    - name: volume-configmap-test
      image: busybox
      command: [ "/bin/sh", "-c", "cat /etc/config/redis.conf" ]
      volumeMounts:
      - name: config-volume
        mountPath: /etc/config
  volumes:
    - name: config-volume
      configMap:
        name: my-configmap 

运行Pod，查看结果

[root@master configmap-daemo]# kubectl logs volume-configmap-test
host=127.0.0.1
port=6379

我们也可以在ConfigMap值被映射的数据卷里去控制路径，如下Pod定义：

[root@master configmap-daemo]# cat volume-path-configmap.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: volume-path-configmap
spec:
  containers:
    - name: volume-path-configmap-test
      image: busybox
      command: [ "/bin/sh","-c","cat /etc/config/path/to/msyqld.conf" ]
      volumeMounts:
      - name: config-volume
        mountPath: /etc/config
  volumes:
    - name: config-volume
      configMap:
        name: my-configmap
        items:
        - key: mysqld.conf
          path: path/to/msyqld.conf

然后运行Pod，查看执行结果：

[root@master configmap-daemo]# kubectl logs volume-path-configmap
host=127.0.0.1
port=3306

另外需要注意的是，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。

3.1.3、DownloadAPI

让这个Pod里的容器可以直接获取这个Pod API对象本身的信息。
比如：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: test-downwardapi-volume
  labels:
    zone: us-est-coast
    cluster: test-cluster1
    rack: rack-22
spec:
  containers:
    - name: client-container
      image: k8s.gcr.io/busybox
      command: ["sh", "-c"]
      args:
      - while true; do
          if [[ -e /etc/podinfo/labels ]]; then
            echo -en '\n\n'; cat /etc/podinfo/labels; fi;
          sleep 5;
        done;
      volumeMounts:
        - name: podinfo
          mountPath: /etc/podinfo
          readOnly: false
  volumes:
    - name: podinfo
      projected:
        sources:
        - downwardAPI:
            items:
              - path: "labels"
                fieldRef:
                  fieldPath: metadata.labels

通过这样的声明方式，就可以把Pod的labels字段值挂载成kubernetes容器中/etc/podinfo/labels文件。


当前DownloadAPI支持的字段如下：

1. 使用 fieldRef 可以声明使用:
spec.nodeName - 宿主机名字
status.hostIP - 宿主机 IP
metadata.name - Pod 的名字
metadata.namespace - Pod 的 Namespace
status.podIP - Pod 的 IP
spec.serviceAccountName - Pod 的 Service Account 的名字
metadata.uid - Pod 的 UID
metadata.labels[''] - 指定  的 Label 值
metadata.annotations[''] - 指定  的 Annotation 值
metadata.labels - Pod 的所有 Label
metadata.annotations - Pod 的所有 Annotation

2. 使用 resourceFieldRef 可以声明使用:
容器的 CPU limit
容器的 CPU request
容器的 memory limit
容器的 memory request

注意：DownloadAPI能够获取到的信息一定是Pod里的容器进程启动之前就能够确定下来的信息。

3.1.4、ServiceAccountToken

ServiceAccountToken是kubernetes内置的一种"服务账户"，它是Kubernetes进行权限分配的对象。ServiceAccount的 授权信息和文件实际上是保存在Secret对象中，它是一个特殊的Secret对象。任何运行在Kubernetes集群上的应用，都必须使用ServiceAccountToken里保存的授权信息，也就是Token，这样才能合法的访问API Server。


目前，Kubernetes已经提供了一个默认的"服务账户"（Default Service Account），任何一个运行在Kubernetes里的Pod，都可以无显示声明的挂载这个ServiceAccount并使用它。


我们随意找一个Pod查看其详细信息，就可以看到一个default-token-xxxx的Volume自动挂载到容器的/var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount目录上。如下：

[root@master k8s]# kubectl describe pod nginx-deployment-6f655f5d99-q4fhk
......
Containers:
  nginx:
.......
    Mounts:
      /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount from default-token-gmdbb (ro)
Conditions:
......
Volumes:
  default-token-gmdbb:
    Type:        Secret (a volume populated by a Secret)
    SecretName:  default-token-gmdbb
    Optional:    false
QoS Class:       BestEffort

我们可以看到这个Volume是Secret类型，正式默认Service Account对应的ServiceAccountToken，所以说，Kubernetes在每个Pod创建的时候，自动为其添加默认的ServiceAccountToken的定义，然后自动为每个容器加上对应的VolumeMounts字段，这个过程对应用户来说是透明的，一旦这个Pod创建完成，容器里的应用可以直接从这个默认的ServiceAccountToken挂载的目录里访问到授权信息和文件，这个路径在Kubernetes里是固定的。


我们进入Pod会看到挂载的目录下的文件信息如下：

[root@master k8s]# kubectl exec -it nginx-deployment-6f655f5d99-q4fhk -- /bin/sh
# ls /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount    
ca.crt	namespace  token
# 

所以，应用程序只要加载这些授权文件，就可以直接访问Kubernetes API了，而且，如果是直接使用Kubernetes官方的包（k8s.io/client-go），是可以直接加载这些授权文件的。


这种把Kubernetes的配置信息以容器的方式运行在集群中，然后使用ServiceAccountToken方式自动授权，被称为"InClusterConfig"。