Kubernetes之数据存储

数据存储

概述

kubernetes中的数据存储使用的是Volume

Volume是Pod中能够被多个容器访问的共享目录，它被定义在Pod上，然后被一个Pod里的多个容器挂载到具体的文件目录下

kubernetes通过Volume实现同一个Pod中不同容器之间的数据共享以及数据的持久化存储。

Volume的生命容器不与Pod中单个容器的生命周期相关，当容器终止或者重启时，Volume中的数据也不会丢失。

分类

Volume支持多种类型

1.简单存储：EmptyDir、HostPath、NFS

2.高级存储：PV、PVC

3.配置存储：ConfigMap、Secret

简单存储

EmptyDir

EmptyDir是最基础的Volume类型，一个EmptyDir就是Host上的一个空目录。

EmptyDir是在Pod被分配到Node时创建的，它的初始内容为空，并且无须指定宿主机上对应的目录文件，因为kubernetes会自动分配一个目录，当Pod销毁时， EmptyDir中的数据也会被永久删除。

用途：

1.用于应用程序运行时所需的临时目录，且无须永久保留

2.一个容器需要从另一个容器中获取数据的目录（多容器共享目录）

创建vim volume-emptydir.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: volume-emptydir
  namespace: default
spec:
  containers:
  - name: nginx-name
    image: nginx
    ports:
    - containerPort: 80
    volumeMounts:  # 将logs-volume挂在到nginx容器中，对应的目录为 /var/log/nginx
    - name: logs-volume
      mountPath: /var/log/nginx
  - name: tomcat-name
    image: tomcat
    command: ["/bin/sh","-c","tail -f /usr/local/tomcat/logs/access.log"] # 初始命令，动态读取指定文件中内容
    volumeMounts:  # 将logs-volume 挂在到tomcat容器中，对应的目录为/usr/local/tomcat/logs
    - name: logs-volume
      mountPath: /usr/local/tomcat/logs
  volumes: # 声明volume
  - name: logs-volume # name为logs-volume
    emptyDir: {}  # 类型为emptyDir

# 创建Pod

[root@administrator ~]# kubectl create -f volume-emptydir.yaml
pod/volume-emptydir created


# 查看pod
[root@administrator ~]# kubectl get pods volume-emptydir -o wide
NAME              READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP            NODE            NOMINATED NODE   READINESS GATES
volume-emptydir   2/2     Running   0          2m31s   172.17.0.11   administrator   <none>           <none>

# 查看指定容器的标准输出
[root@administrator ~]# kubectl logs -f volume-emptydir -c tomcat-name

# 访问nginx
[root@administrator k8s]# curl  172.17.0.11

# 查看指定容器的标准输出
[root@administrator ~]# kubectl logs -f volume-emptydir -c tomcat-name
172.17.0.1 - - [31/Mar/2022:15:25:01 +0000] "GET / HTTP/1.1" 200 615 "-" "curl/7.29.0" "-"

HostPath

HostPath将Node主机中一个实际目录挂在到Pod中，以供容器使用，可以保证Pod销毁了，但是数据依据存在于Node主机上。

一旦Node节点出现故障，Pod如果转移到其他节点，数据将丢失。

创建 vim volume-hostpath.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: volume-hostpath
  namespace: default
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
    ports:
    - containerPort: 80
    volumeMounts:
    - name: logs-volume
      mountPath: /var/log/nginx  # 将logs-volume挂在到nginx容器中，对应的目录为 /var/log/nginx
  - name: tomcat-name
    image: tomcat
    command: ["/bin/sh","-c","tail -f /usr/local/tomcat/logs/access.log"] # 初始命令，动态读取指定文件中内容
    volumeMounts:
    - name: logs-volume
      mountPath: /usr/local/tomcat/logs # 将logs-volume 挂在到tomcat容器中，对应的目录为/usr/local/tomcat/logs
  volumes:
  - name: logs-volume
    hostPath: 
      path: /root/logs # node主机实际存储目录
      type: DirectoryOrCreate  # 目录存在就使用，不存在就先创建后使用  

type可选值

DirectoryOrCreate 目录存在就使用，不存在就先创建后使用
Directory	目录必须存在
FileOrCreate  文件存在就使用，不存在就先创建后使用
File 文件必须存在	
Socket	unix套接字必须存在
CharDevice	字符设备必须存在
BlockDevice 块设备必须存在

NFS

NFS是一个网络文件存储系统，可以搭建一台NFS服务器，然后将Pod中的存储直接连接到NFS系统上。因此，无论Pod在节点上怎么转移，只要Node跟NFS的对接没问题，数据就可以成功访问。

安装NFS服务

yum install nfs-utils -y

创建共享目录

mkdir /usr/local/program/nfs/data -pv

编辑NFS的配置文件/etc/exports

vim /etc/exports

将共享目录以读写权限暴露给192.168.109.0/24网段中的所有主机

/usr/local/program/nfs/data 172.22.4.0/24(rw,no_root_squash)

启动nfs服务

systemctl start nfs

非NFS服务器的Node节点上都安装NFS，且不需要启动，以便节点可以正常使用NFS

yum install nfs-utils -y

创建vim volume-nfs.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: volume-nfs
  namespace: default
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
    ports:
    - containerPort: 80
    volumeMounts:
    - name: logs-volume
      mountPath: /var/log/nginx
  - name: tomcat-name
    image: tomcat
    command: ["/bin/sh","-c","tail -f /usr/local/tomcat/logs/access.log"]
    volumeMounts:
    - name: logs-volume
      mountPath: /usr/local/tomcat/logs
  volumes:
  - name: logs-volume
    nfs:
      server: 172.22.4.21  #nfs服务器地址
      path: /usr/local/program/nfs/data #共享文件路径   

# 创建pod
[root@administrator k8s]# kubectl create -f volume-nfs.yaml
pod/volume-nfs created

# 查看pod
[root@administrator k8s]#  kubectl get pods volume-nfs
NAME         READY   STATUS    RESTARTS   AGE
volume-nfs   2/2     Running   0          11s

# 查看nfs服务器上的共享目录
[root@administrator k8s]# ls /usr/local/program/nfs/data/
access.log  error.log

高级存储之PV与PVC

使用NFS作为存储

使用NFS作为存储，创建2个共享目录 vim /etc/exports

/usr/local/program/nfs/data1 172.22.4.0/24(rw,no_root_squash)
/usr/local/program/nfs/data2 172.22.4.0/24(rw,no_root_squash)

重启服务

systemctl restart nfs

创建PV

PV（Persistent Volume）持久化卷，是对底层的共享存储的一种抽象。PV由kubernetes管理员进行创建和配置，与底层具体的共享存储技术有关，并通过插件完成与共享存储的对接。

常用配置参数

访问模式（accessModes）

用于描述应用对存储资源的访问权限，不同的存储类型可能支持的访问模式不同

ReadWriteOnce（RWO）：读写权限，但是只能被单个节点挂载

ReadOnlyMany（ROX）：  只读权限，可以被多个节点挂载

ReadWriteMany（RWX）：读写权限，可以被多个节点挂载

回收策略（persistentVolumeReclaimPolicy）

当PV不再被使用之后，对其的处理方式。不同的存储类型可能支持的回收策略不同

Retain  （保留）  保留数据，需要管理员手工清理数据

Recycle（回收）  清除 PV 中的数据

Delete  （删除） 与 PV 相连的后端存储完成 volume 的删除操作

存储类别

PV可以通过storageClassName参数指定一个存储类别

具有特定类别的PV只能与请求了该类别的PVC进行绑定

未设定类别的PV则只能与不请求任何类别的PVC进行绑定

状态（status）

一个 PV 的生命周期中，可能会处于4中不同的阶段：

Available（可用）：表示可用状态，还未被任何 PVC 绑定

Bound（已绑定）：表示 PV 已经被 PVC 绑定

Released（已释放）： 表示 PVC 被删除，但是资源还未被集群重新声明

Failed（失败）：表示该 PV 的自动回收失败

1.准备vim pv.yaml

piVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name:  pv1
spec:
  storageClassName: pv01  # 存储类别:PV与PVC进行关联
  capacity: # 对存储空间的设置
    storage: 1Gi
  accessModes: # 访问模式
  - ReadWriteMany
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain # 回收策略
  nfs: # 存储类型
    path: /usr/local/program/nfs/data1
    server: 172.22.4.21  #nfs服务器地址

---

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name:  pv2
spec:
  storageClassName: pv02
  capacity: 
    storage: 2Gi
  accessModes:
  - ReadWriteMany
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  nfs:
    path: /usr/local/program/nfs/data2
    server: 172.22.4.21  #nfs服务器地址

2.创建及查看PV

[root@administrator k8s]# kubectl create -f pv.yaml
persistentvolume/pv1 created
persistentvolume/pv2 created

[root@administrator k8s]# kubectl get pv -o wide
NAME   CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS      CLAIM   STORAGECLASS   REASON   AGE   VOLUMEMODE
pv1    1Gi        RWX            Retain           Available           pv01                    11s   Filesystem
pv2    2Gi        RWX            Retain           Available           pv02                    11s   Filesystem

创建PVC

PVC（Persistent Volume Claim）持久卷声明，是用户对于存储需求的一种声明。

PVC是用户向kubernetes系统发出的一种资源需求申请，用来声明对存储空间、访问模式、存储类别需求信息。

常用参数配置

访问模式（accessModes）：用于描述用户应用对存储资源的访问权限

选择条件（selector）：通过Label Selector的设置，可使PVC对于系统中己存在的PV进行筛选

存储类别（storageClassName）：PVC在定义时可以设定需要的后端存储的类别，只有设置了该class的pv才能被系统选出

资源请求（Resources ）：描述对存储资源的请求

1.创建 vim pvc.yaml，申请pv

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pvc1
  namespace: default
spec:
 storageClassName: pv01  # 存储类别:PV与PVC进行关联
  accessModes: # 访问模式
  - ReadWriteMany
  resources: # 请求空间
    requests:
      storage: 1Gi
      
---

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pvc2
  namespace: default
spec:
 storageClassName: pv02
  accessModes: 
  - ReadWriteMany
  resources:
    requests:
      storage: 1Gi  

2.创建及查看PVC

[root@administrator k8s]# kubectl create -f pvc.yaml
persistentvolumeclaim/pvc1 created
persistentvolumeclaim/pvc2 created
[root@administrator k8s]# kubectl get pvc  -o wide
NAME   STATUS   VOLUME   CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE   VOLUMEMODE
pvc1   Bound    pv1      1Gi        RWX            pv01           7s    Filesystem
pvc2   Bound    pv2      2Gi        RWX            pv02           7s    Filesystem

[root@administrator k8s]# kubectl get pv -o wide
NAME   CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS   CLAIM          STORAGECLASS   REASON   AGE   VOLUMEMODE
pv1    1Gi        RWX            Retain           Bound    default/pvc1   pv01                    54s   Filesystem
pv2    2Gi        RWX            Retain           Bound    default/pvc2   pv02                    54s   Filesystem

创建Pod

创建 vim pods.yaml, 使用pv

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod1
  namespace: default
spec:
  containers:
  - name: nginx-name1
    image: nginx
    command: ["/bin/sh","-c","/bin/echo start >> /root/test.log;sleep 20;/bin/echo end;"]
    volumeMounts:
    - name: volume-pod1
      mountPath: /root/
  volumes:
    - name: volume-pod1
      persistentVolumeClaim:
        claimName: pvc1
        readOnly: false
---
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod2
  namespace: default
spec:
  containers:
  - name: nginx-name2
    image: nginx
    command: ["/bin/sh","-c","/bin/echo start >> /root/test.log;sleep 20;/bin/echo end;"]
    volumeMounts:
    - name: volume-pod2
      mountPath: /root/
  volumes:
    - name: volume-pod2
      persistentVolumeClaim:
        claimName: pvc2
        readOnly: false  

[root@administrator k8s]# kubectl create -f pods.yaml
pod/pod1 created
pod/pod2 created


[root@administrator k8s]# kubectl get pods
NAME     READY   STATUS             RESTARTS      AGE
pod1      1/1     Running            0             4m11s
pod2      1/1     Running            0             4m11s


[root@administrator k8s]# ls /usr/local/program/nfs/data1
test.log

生命周期

PV和PVC之间是相互作用，一一对应的

资源供应：

管理员手动创建底层存储和PV

资源绑定：

用户创建PVC，K8S根据PVC声明寻找满足条件的PV并绑定，PV一旦被绑定，则被PVC独占

资源使用：

Pod使用Volume的定义，将PVC挂载到容器内的某个路径进行使用

资源释放：

 用户删除PVC进行释放PV，PV需要清除PVC写入的数据后才能被再次使用

资源回收：

 K8S根据PV设置的回收策略进行资源的回收，只有PV存储空间完成回收，才能供新的PVC绑定和使用

配置存储

ConfigMap

ConfigMap是一种比较特殊的存储卷，它的主要作用是用来存储配置信息的

创建vim configmap.yaml资源清单

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: configmap
  namespace: default
data:
  user: #  key：将生成一个文件     value：对应文件中的内容
    username:admin
    age:22

创建及查看configmap

[root@administrator k8s]#  kubectl create -f configmap.yaml
configmap/configmap created
[root@administrator k8s]# kubectl describe cm configmap
Name:         configmap
Namespace:    default
Labels:       <none>
Annotations:  <none>

Data
====
user:
----
username:admin age:22

BinaryData
====

Events:  <none>
[root@administrator k8s]#

创建vim pod-configmap.yamlPod，并挂载创建的configmap

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-configmap
  namespace: default
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
    volumeMounts: # 将configmap挂载到指定目录
    - name: my-config
      mountPath: /root/configmap/
  volumes: # 引用configmap
  - name: my-config
    configMap:
      name: configmap

查看及验证

[root@administrator k8s]# kubectl apply -f pod-configmap.yaml
pod/pod-configmap created

[root@administrator k8s]# kubectl get pod pod-configmap
NAME            READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod-configmap   1/1     Running   0          35s

[root@administrator k8s]# kubectl exec -it pod-configmap /bin/bash
kubectl exec [POD] [COMMAND] is DEPRECATED and will be removed in a future version. Use kubectl exec [POD] -- [COMMAND] instead.
root@pod-configmap:/# ls /root/configmap/
user
root@pod-configmap:/# cat /root/configmap/user
username:admin age:22r

# 更新configmap的内容, 容器中的值也会动态更新
[root@administrator k8s]# kubectl edit cm  configmap

Secret

Secret是与ConfigMap非常类似的对象。主要用于存储敏感信息，例如密码、秘钥、证书等。

准备敏感信息，使用base64对数据进行编码

[root@administrator k8s]# echo "admin" | base64
YWRtaW4K
[root@administrator k8s]# echo "22" | base64
MjIK

创建vim secret.yaml资源清单

apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: secret
  namespace: default
type: Opaque
data:
  username: YWRtaW4=
  age: MjIK

创建及查看Secret

[root@administrator k8s]# kubectl create -f secret.yaml
secret/secret created
[root@administrator k8s]# kubectl describe secret secret
Name:         secret
Namespace:    default
Labels:       >
Annotations:  >

Type:  Opaque

Data
====
age:       3 bytes
username:  5 bytes

创建vim pod-secret.yaml，并挂载创建的secret

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-secret
  namespace: default
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
    volumeMounts: # 将secret挂载到指定目录
    - name: my-config
      mountPath: /root/secret
  volumes: # 引用secret
  - name:  my-config
    secret:
      secretName: secret

查看及验证

[root@administrator k8s]# kubectl create -f pod-secret.yaml
pod/pod-secret created
[root@administrator k8s]# kubectl get pod pod-secret
NAME         READY   STATUS              RESTARTS   AGE
pod-secret   0/1     ContainerCreating   0          7s
[root@administrator k8s]# kubectl exec -it pod-secret /bin/bash
kubectl exec [POD] [COMMAND] is DEPRECATED and will be removed in a future version. Use kubectl exec [POD] -- [COMMAND] instead.
root@pod-secret:/# ls /root/secret/
age  username
root@pod-secret:/# cat /root/secret/username
admin