kubernetes存储— Volumes的简介、emptyDir卷、hostPath卷、NFS卷、PV持久卷、静态pv的创建

Volumes配置管理

简介：

（1）容器中的文件在磁盘上是临时存放的，这给容器中运行的特殊应用程序带来一些 问题。首先，当容器崩溃时，kubelet 将重新启动容器，容器中的文件将会丢失, 因为容器会以干净的状态重建。其次，当在一个Pod 中同时运行多个容器时，常常需要在这些容器之间共享文件。 Kubernetes 抽象出 Volume 对象来解决这两 个问题。
（2）Kubernetes 卷具有明确的生命周期,与包裹它的 Pod 相同。 因此，卷比 Pod 中 运行的任何容器的存活期都长，在容器重新启动时数据也会得到保留。 当然，当一个 Pod 不再存在时，卷也将不再存在。也许更重要的是，Kubernetes 可以支 持许多类型的卷，Pod 也能同时使用任意数量的卷。
（3）卷不能挂载到其他卷，也不能与其他卷有硬链接。 Pod 中的每个容器必须独立地 指定每个卷的挂载位置。

Kubernetes 支持下列类型的卷：

awsElasticBlockStore 、azureDisk、azureFile、cephfs、cinder、configMap、csi 、downwardAPI、emptyDir、fc (fibre channel)、flexVolume、flocker 、gcePersistentDisk、gitRepo (deprecated)、glusterfs、hostPath、iscsi、local、 nfs、persistentVolumeClaim、projected、portworxVolume、quobyte、rbd 、scaleIO、secret、storageos、vsphereVolum

下面来介绍一些卷：
（1）emptyDir卷

当 Pod 指定到某个节点上时，首先创建的是一个 emptyDir 卷，并且只要 Pod 在 该节点上运行，卷就一直存在。 就像它的名称表示的那样，卷最初是空的。 尽管 Pod 中的容器挂载 emptyDir 卷的路径可能相同也可能不同，但是这些容器都可 以读写 emptyDir 卷中相同的文件。 当 Pod 因为某些原因被从节点上删除时， emptyDir 卷中的数据也会永久删除。

emptyDir 的使用场景：

 <1> 缓存空间，例如基于磁盘的归并排序。 
 <2> 为耗时较长的计算任务提供检查点，以便任务能方便地从崩溃前状态恢复执行。 
 <3> 在 Web 服务器容器服务数据时，保存内容管理器容器获取的文件。

默认情况下， emptyDir 卷存储在支持该节点所使用的介质上；这里的介质可以是磁盘 或 SSD 或网络存储，这取决于您的环境。 但是，您可以将 emptyDir.medium 字段设 置为 “Memory”，以告诉 Kubernetes 为您安装 tmpfs（基于内存的文件系统）。 虽然 tmpfs 速度非常快，但是要注意它与磁盘不同。 tmpfs 在节点重启时会被清除，并且 您所写入的所有文件都会计入容器的内存消耗，受容器内存限制约束。

emptyDir示例：

mkdir vol1
cd vol1
vim vol1.yml

容器vm1和容器vm2共享同一个文件。






在创建vol1.yml文件时，我们定义了emptyDir类型的卷使用内存数不能超过100M，咱们所写入的所有文件都会计入容器的内存消耗，受容器内存限制约束。


可以看到文件超过sizeLimit，则一段时间后（1-2分钟）会被kubelet evict掉。之所以不是“立即” 被evict，是因为kubelet是定期进行检查的，这里会有一个时间差。

emptydir缺点：

 <1> 不能及时禁止用户使用内存。虽然过1-2分钟kubelet会将Pod挤出，但是这个时间内，其实 对node还是有风险的；
 <2> 影响kubernetes调度，因为empty dir并不涉及node的resources，这样会造成Pod“偷偷” 使用了node的内存，但是调度器并不知晓； 
 <3> 用户不能及时感知到内存不可用

（2）hostPath卷

hostPath 卷能将主机节点文件系统上的文件或目录挂载到您的 Pod 中。 虽然这不是大多数 Pod 需要的，但是它为一些应用程序提供了强大的逃生舱。

hostPath 的一些用法有：

 <1> 运行一个需要访问 Docker 引擎内部机制的容器,挂载 /var/lib/docker 路径。 
 <2> 在容器中运行 cAdvisor 时，以 hostPath 方式挂载 /sys。 
 <3> 允许 Pod 指定给定的 hostPath 在运行 Pod 之前是否应该存在，是否应该创建以及应该以 什么方式存在。

除了必需的 path 属性之外，用户可以选择性地为 hostPath 卷指定 type。

当使用这种类型的卷时要小心，因为：

 <1> 具有相同配置（例如从 podTemplate 创建）的多个 Pod 会由于节点上文件的不同而在不同 节点上有不同的行为。 
 <2> 当 Kubernetes 按照计划添加资源感知的调度时，这类调度机制将无法考虑由 hostPath 使 用的资源。
 <3> 基础主机上创建的文件或目录只能由 root 用户写入。您需要在 特权容器 中以 root 身份运 行进程，或者修改主机上的文件权限以便容器能够写入 hostPath 卷

vim vol1.yml

上面vol1.yml文件，是将宿主机的/data目录挂载到/test-td目录下，但挂载到这个位置没有多大的意义，我们可以将挂载点设置为nginx默认发布目录：

kubectl delete -f vol1.yml
vim vol1.yml

这种卷有缺陷，因为当一个节点突然出故障，接着pod又被调到其他节点上，如果节点间的/data目录内容不一样，将会导致访问的结果也不一样。

vim vol1.yml

（3）NFS卷
nfs网络文件系统，让多个节点挂载同一个存储。
这里我们用server2做nfs服务器：

mkdri /nfsdata
vim /etc/exports  ##将/nfsdata 同步共享出去
chomd 777 /nfsdata  ##设置目录权限
systemctl enable --now nfs   ##开启nfs服务

vim vol1.yml

vim vol1.yml

（4）PersistentVolume持久卷
<1> PersistentVolume（持久卷，简称PV）是集群内，由管理员提供的网络存储的一部分。就像集群 中的节点一样，PV也是集群中的一种资源。它也像Volume一样，是一种volume插件，但是它的 生命周期却是和使用它的Pod相互独立的。PV这个API对象，捕获了诸如NFS、ISCSI、或其他 云存储系统的实现细节。
<2> PersistentVolumeClaim（持久卷声明，简称PVC）是用户的一种存储请求。它和Pod类似，Pod 消耗Node资源，而PVC消耗PV资源。Pod能够请求特定的资源（如CPU和内存）。PVC能够请 求指定的大小和访问的模式（可以被映射为一次读写或者多次只读）。
<3> 有两种PV提供的方式：静态和动态:

 (1) 静态PV：集群管理员创建多个PV，它们携带着真实存储的详细信息，这些存储对于集群用 户是可用的。它们存在于Kubernetes API中，并可用于存储使用。 
 (2) 动态PV：当管理员创建的静态PV都不匹配用户的PVC时，集群可能会尝试专门地供给 volume给PVC。这种供给基于StorageClass。

<4> PVC与PV的绑定是一对一的映射。没找到匹配的PV，那么PVC会无限期得处于unbound未绑定 状态。

<5> 使用:

 Pod使用PVC就像使用volume一样。集群检查PVC，查找绑定的PV，并映射PV给Pod。对 于支持多种访问模式的PV，用户可以指定想用的模式。一旦用户拥有了一个PVC，并且 PVC被绑定，那么只要用户还需要，PV就一直属于这个用户。用户调度Pod，通过在Pod的 volume块中包含PVC来访问PV。

<6> 释放:

当用户使用PV完毕后，他们可以通过API来删除PVC对象。当PVC被删除后，对应的PV就 被认为是已经是“released”了，但还不能再给另外一个PVC使用。前一个PVC的属于还存 在于该PV中，必须根据策略来处理掉。

<7> 回收:

PV的回收策略告诉集群，在PV被释放之后集群应该如何处理该PV。当前，PV可以被 Retained（保留）、 Recycled（再利用）或者Deleted（删除）。保留允许手动地再次声明 资源。对于支持删除操作的PV卷，删除操作会从Kubernetes中移除PV对象，还有对应的外 部存储（如AWS EBS，GCE PD，Azure Disk，或者Cinder volume）。动态供给的卷总是 会被删除。

NFS PV 示例：
访问模式:

(1) ReadWriteOnce -- 该volume只能被单个节点以读写的方式映射
(2) ReadOnlyMany -- 该volume可以被多个节点以只读方式映射
(3) ReadWriteMany -- 该volume可以被多个节点以读写的方式映射

在命令行中，访问模式可以简写为：

(1) RWO - ReadWriteOnce 
(2) ROX - ReadOnlyMany 
(3) RWX - ReadWriteMany

回收策略:

(1) Retain：保留，需要手动回收 
(2) Recycle：回收，自动删除卷中数据 
(3) Delete：删除，相关联的存储资产，如AWS EBS，GCE PD，Azure Disk，or OpenStack Cinder卷都会被删除 当前，只有NFS和HostPath支持回收利用，AWS EBS，GCE PD，Azure Disk，or OpenStack Cinder卷支持删除操作。

状态：

(1) Available：空闲的资源，未绑定给PVC 
(2) Bound：绑定给了某个PVC 
(3) Released：PVC已经删除了，但是PV还没有被集群回收 
(4) Failed：PV在自动回收中失败了 
(5) 命令行可以显示PV绑定的PVC名称

NFS持久化存储实战：

安装配置NFS服务（这一步咱们在前面做过了，所以不用再做）

创建NFS PV卷

cd pv1.yml
vim pv1.yml

创建PVC

vim pv1.yml

Pod挂载PV(user -> pvc -> pv):

vim pv1.yml

前面我们都是使用的一个nfs服务内容，我们可以创建多个/nfsdata目录用来挂载到容器中。

mkdir /nfsdata2
mkdir /nfsdata3  ##在nfs服务上创建这俩个目录
vim /etc/exports  

chmod 777 /nfsdata2  ##修改一下权限
exportfs -rv   ##使刚才的设置生效一下
showmount -e   ##查看一下

cp pv1.yml pv2.yml
vim pv2.yml

前面/nfsdata 和/nfsdata2都是读写挂载，我们还可以使用/nfsdata3来进行只读挂载。

cp pv1.yml pv3.yml
vim pv3.yml

由于访问模式是只读的，容器不能对挂载目录进行操作，只有nfs服务端才能修改。



以上使用的是静态pv!!!