kubernetes数据持久化PV PVC深入分析详解

目录

• 1. 什么是PV，PVC？
• 1.1 什么是PV
• 1.2 什么是PVC？
• 2. PV资源实践
• 2.1 PV配置字段详解
• 2.2 HostPath PV示例
• 2.3 NFS PV示例
• 3. PVC资源实践
• 3.1 PVC配置清单详解
• 3.2 hostPath-PVC示例
• 3.3 NFS-PV-PVC实践之准备NFS共享存储
• 3.4 准备NFS-PVC
• 3.4.1准备Pod并使用PVC
• 3.4.2 测试数据持久性

1. 什么是PV，PVC？

1.1 什么是PV

官方文档地址: https://kubernetes.io/zh-cn/docs/concepts/storage/persistent-volumes/

PresistentVolume(PV)是指集群管理员配置提供的某存储系统上的一段存储空间，它是对底层共享存储的抽象，将共享存储作为一种可由用户申请使用的资源，实现"存储消费"机制，通过存储插件，PV支持使用多种网络存储等多种后端存储系统，例如，NFS、CephFS、RBD。PV是集群级别的资源，不属于任何名称空间，用户对PV资源的使用需要通过PersistentVolumeClaim(PVC)提供的使用申请来完成绑定，PVC是PV资源的消费者，它向PV申请特定大小的空间及访问模式(rw或ro)从而创建出PVC存储卷。然后再由Pod资源通过PersistentVolumeClaim存储卷关联使用。

1.2 什么是PVC？

PersistentVolumeClaim，PVC是存储卷类型的资源，它通过申请占用某个PersistentVolume而创建，它与PV是一对一的关系，用户无须关心其底层实现细节，申请时，用户只需要指定目标空间的大小，访问模式，PV标签选择器和StorageClass等相关信息即可。

2. PV资源实践

2.1 PV配置字段详解

PresistentVolume Spec支持如下几个通用字段，用于定义PV的容量，访问模式和回收策。

1.Capacity: PV的容量

2.volumeMode: 卷类型，用于指定此卷可被用作文件系统还是裸格式的块设备，默认为Filesystem。

3.accessMode: PV的访问模式参考官方

• 1.ReadWriteOnce: 仅可被单个节点读写挂载；命令行中简写RWO。
• 2.ReadOnlyMany: 仅可被多个节点同时只读挂在；命令行简写ROX。
• 3.ReadyWriteMany: 可被多个节点同时读写挂载；命令行中简写RWX。

4.persistentVolumeReclaimPolicy: PV空间的处理机制，可用类型为Retain(默认)、Recycle或Delete。

• 1.Retain: 保持不动，由管理员手动回收。
• 2.Recycle: 空间回收，即删除存储卷下的所有文件(包括子目录和隐藏文件rm -rf /thevolume/*)，目前仅NFS和hostpath支持此功能。
• 3.Delete: 删除存储卷，诸如 AWS EBS、GCE PD、Azure Disk 或 OpenStack Cinder 卷这类关联存储资产也被删除。

5.storageClassName: 当前PV所属的StorageClass的名称，默认为空，即不属于任何StorageClass。

6.mountOptions: 挂载选项组成的列表，如ro，soft和hard等。

2.2 HostPath PV示例

[root@kn-server-master01-13 pv]# cat hostpath-pv.yaml 
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv-volume-001    
spec: 
  storageClassName: "host-storage"   资源类型的标识
  persistentVolumeReclaimPolicy: "Retain"  回收策略默认为Retain
  capacity:    定义空间
    storage: 1Gi  定义空间大小
  accessModes:    访问模式
    - ReadWriteOnce  访问模式为仅被单个节点读写挂载，单路读写
  hostPath:     临时存储在哪个地方
    path: "/mnt/data"
[root@kn-server-master01-13 pv]# kubectl get pv
NAME            CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS      CLAIM   STORAGECLASS   REASON   AGE
pv-volume-001   1Gi        RWO            Retain           Available           host-storage            4m36s

2.3 NFS PV示例

[root@kn-server-master01-13 pv]# cat nfs-pv.yaml 
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: nfs-pv
  labels:     标签
    release: nfs-redis
spec:
  storageClassName: "nfs-storage"  资源类型表示
  persistentVolumeReclaimPolicy: "Recycle"  回收策略为Recycle相当rm -rf /
  capacity: 
    storage: 0.5Gi
  accessModes:
  - ReadWriteMany
  nfs: 
    server: 10.0.0.15
    path: /data/redis
[root@kn-server-master01-13 pv]# kubectl get pv
NAME            CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS      CLAIM             STORAGECLASS   REASON   AGE
nfs-pv          512Mi      RWX            Recycle          Available                     nfs-storage             62m
pv-volume-001   1Gi        RWO            Retain           Bound       default/001-pvc   host-storage            160m

3. PVC资源实践

3.1 PVC配置清单详解

PersistentVolumeClaim，PVC是存储卷类型的资源，它通过申请占用某个PersistentVolume而创建，它与PV是一对一的关系，用户无须关心其底层实现细节， 申请时，用户只需要指定目标空间的大小，访问模式，PV标签选择器和StorageClass等相关信息即可。

PVC的Spec字段可嵌套字段如下，

• accessMode: 当前PVC的访问模式，其可用模式与PV相同。
• resource当前PVC存储卷需要占用的资源的最大和最小值。
• selector绑定时对PV应用的标签选择器，matchlabels或者匹配表达式matchEx-pressions用于挑选要绑定的PV，如果同时指定来两种挑选机制，则必须同时满足两种选择机制的PV才能被选出。
• storageClassName: 所依赖的存储卷的名称。
• volumeName: 用于直接制定要绑定的PV的卷名。

3.2 hostPath-PVC示例

[root@kn-server-master01-13 pv]# cat hostpath-pvc.yaml 
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: 001-pvc
spec:
  storageClassName: "host-storage"  和PV的storageclassname须一致，否则无法识别。
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:     pvc的资源限定仅指其空间大小。
    requests:
      storage: 0.9Gi  大小为0.9Gi；
[root@kn-server-master01-13 pv]#  kubectl apply -f hostpath-pvc.yaml 
Available: 可用状态的自由资源，尚未被绑定PVC。
Bound: 已经绑定至某个PVC。
Released: 绑定的PVC已经被删除，但资源尚被集群回收。
Failed: 因自动回收资源失败而处于的故障状态。
[root@kn-server-master01-13 pv]# kubectl get pv pv-volume-001
NAME            CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS   CLAIM             STORAGECLASS   REASON   AGE
pv-volume-001   1Gi        RWO            Retain           Bound    default/001-pvc   host-storage            33m
[root@kn-server-master01-13 pv]# kubectl describe pv pv-volume-001
Name:            pv-volume-001
Labels:          
Annotations:     pv.kubernetes.io/bound-by-controller: yes
Finalizers:      [kubernetes.io/pv-protection]
StorageClass:    host-storage
Status:          Bound
Claim:           default/001-pvc
Reclaim Policy:  Retain
Access Modes:    RWO
VolumeMode:      Filesystem
Capacity:        1Gi
Node Affinity:   
Message:         
Source:
    Type:          HostPath (bare host directory volume)
    Path:          /mnt/data
    HostPathType:  
Events:            
[root@kn-server-master01-13 pv]# kubectl describe pvc 001-pvc 
Name:          001-pvc
Namespace:     default
StorageClass:  host-storage
Status:        Bound   已绑定
Volume:        pv-volume-001
Labels:        
Annotations:   pv.kubernetes.io/bind-completed: yes
               pv.kubernetes.io/bound-by-controller: yes
Finalizers:    [kubernetes.io/pvc-protection]
Capacity:      1Gi
Access Modes:  RWO
VolumeMode:    Filesystem
Used By:       
Events:        

3.3 NFS-PV-PVC实践之准备NFS共享存储

NFS即是网络文件系统，它是一种分布式文件系统协议，kubernetes中的NFS存储卷用于将某些事先存在的NFS服务器导出(export)的存储空间挂载到Pod中以供容器使用，与临时存储不同的是，NFS存储卷在Pod对象终止后仅仅是被卸载而非删除，NFS是文件系统级共享服务，它支持同时存在多路挂载，定义NFS存储卷时，常用如下字段。

server nfs服务器的地址或者主机名，必须字段。

pathnfs服务器导出(共享)的文件系统路径，必须字段。

readOnly是否以只读方式挂载，默认为false。

生产环境建议使用Ceph、azureDisk等公有云存储。

[root@kn-server-node02-15 ~]# yum install nfs-utils -y 
[root@kn-server-node02-15 ~]# cat /etc/exports
/nfs/data5/ 10.0.0.0/24(rw,no_root_squash)
/data/redis 10.0.0.0/24
10.0.0.0/24  pod访问nfs服务会将源IP修改为节点IP，允许所有节点访问NFS服务
(ro,no_root_squash)访问NFS-SERVER共享目录的用户如果是root，它对共享目录有root权限
准备数据共享目录
[root@kn-server-node02-15 ~]# mkdir /data/redis -p 
[root@kn-server-node02-15 ~]# systemctl enable nfs-server
Created symlink from /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/nfs-server.service to /usr/lib/systemd/system/nfs-server.service.
服务端配置
各个工作节点安装nfs-utils
ubuntu安装: sudo apt-get install nfs-common 。
centos安装nfs-utils
[root@kn-server-master01-13 pv]# showmount -e 10.0.0.15
Export list for 10.0.0.15:
/data/redis 10.0.0.0/24
master节点和node节点都需要安装
[root@kn-server-node01-14 ~]# showmount -e 10.0.0.15
Export list for 10.0.0.15:
/data/redis 10.0.0.0/24

3.4 准备NFS-PVC

[root@kn-server-master01-13 pv]# cat nfs-pvc.yaml 
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: nfs-pvc
  labels:    首先标签须匹配，不然无法匹配，也可以称为强行绑定。
    release: nfs-redis
spec:
  storageClassName: "nfs-storage"  须同属一个
  accessModes: 
  - ReadWriteMany
  resources:
    requests:
      storage: 0.5Gi  指定大小。
[root@kn-server-master01-13 pv]# kubectl apply -f nfs-pvc.yaml 
persistentvolumeclaim/nfs-pvc created
显示已为绑定状态。
[root@kn-server-master01-13 pv]# kubectl get pv,pvc 
NAME                             CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS   CLAIM             STORAGECLASS   REASON   AGE
persistentvolume/nfs-pv          512Mi      RWX            Recycle          Bound    default/nfs-pvc   nfs-storage             78m
persistentvolume/pv-volume-001   1Gi        RWO            Retain           Bound    default/001-pvc   host-storage            175m
NAME                            STATUS   VOLUME          CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
persistentvolumeclaim/001-pvc   Bound    pv-volume-001   1Gi        RWO            host-storage   143m
persistentvolumeclaim/nfs-pvc   Bound    nfs-pv          512Mi      RWX            nfs-storage    6s
通过describe来查看
[root@kn-server-master01-13 pv]# kubectl describe pv nfs-pv
Name:            nfs-pv
Labels:          release=nfs-redis   所属标签
Annotations:     pv.kubernetes.io/bound-by-controller: yes
Finalizers:      [kubernetes.io/pv-protection]
StorageClass:    nfs-storage    storageclass名称
Status:          Bound   绑定状态
Claim:           default/nfs-pvc   名称空间
Reclaim Policy:  Recycle  回收策略
Access Modes:    RWX    访问模式
VolumeMode:      Filesystem
Capacity:        512Mi  大小
Node Affinity:   
Message:         
Source:
    Type:      NFS (an NFS mount that lasts the lifetime of a pod)
    Server:    10.0.0.15  来自那个nfs服务器
    Path:      /data/redis   共享的数据目录
    ReadOnly:  false
Events:        

3.4.1准备Pod并使用PVC

[root@kn-server-master01-13 pv]# cat pod-redis.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: redis
spec: 
  containers:
  - name: redis
    image: redis
    volumeMounts:
    - name: redis-data
      mountPath: /data
  volumes:
  - name: redis-data
    persistentVolumeClaim:
      claimName: nfs-pvc 
[root@kn-server-master01-13 pv]# kubectl describe pods redis
Containers:
  redis:
    Container ID:   docker://d82061a1a86f56432e9956fc46bc810e577a0d89b91894e266e883bef68f5d9d
    Image:          redis
    Image ID:       docker-pullable://redis@sha256:db485f2e245b5b3329fdc7eff4eb00f913e09d8feb9ca720788059fdc2ed8339
    Port:           <none>
    Host Port:      <none>
    State:          Running
      Started:      Sun, 27 Nov 2022 21:57:34 +0800
    Ready:          True
    Restart Count:  0
    Environment:    <none>
    Mounts:
      /data from redis-data (rw)   已经挂载
[root@kn-server-master01-13 pv]# kubectl describe pvc nfs-pvc
Name:          nfs-pvc
Namespace:     default
StorageClass:  nfs-storage
Status:        Bound
Volume:        nfs-pv
Labels:        release=nfs-redis
Annotations:   pv.kubernetes.io/bind-completed: yes
               pv.kubernetes.io/bound-by-controller: yes
Finalizers:    [kubernetes.io/pvc-protection]
Capacity:      512Mi
Access Modes:  RWX
VolumeMode:    Filesystem
Used By:       redis  这里可以看到是redis这个Pod正在使用这个PVC
Events:        <none>

3.4.2 测试数据持久性

[root@kn-server-master01-13 pv]# redis-cli -h 192.168.1.86
192.168.1.86:6379> set key haitang 
OK
192.168.1.86:6379> get key
"haitang"
192.168.1.86:6379> bgsave
Background saving started
192.168.1.86:6379> exit
可以看到数据是写到nfs-server了
[root@kn-server-node02-15 redis]# ll
总用量 4
-rw-r--r-- 1 polkitd input 110 11月 27 22:14 dump.rdb
删除Pod后，数据是不会丢失的。
[root@kn-server-master01-13 pv]# kubectl delete pods redis
pod "redis" deleted
数据是还在的。
[root@kn-server-node02-15 redis]# ll
总用量 4
-rw-r--r-- 1 polkitd input 110 11月 27 22:20 dump.rdb

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