【云原生kubernetes】k8s数据存储之Volume使用详解

目录

一、什么是Volume

二、k8s中的Volume

三、k8s中常见的Volume类型

四、Volume 之 EmptyDir 

4.1 EmptyDir 特点

4.2 EmptyDir 实现文件共享

4.2.1 关于busybox

4.3 操作步骤

4.3.1 创建配置模板文件yaml

4.3.2 创建Pod

4.3.3 访问nginx使其产生访问日志

4.3.4 查看容器日志

五、Volume 之 hostPath 

5.1 hostPath 概述

5.2 hostPath类型

5.3 hostPath 操作演示

5.3.1 创建模板配置文件

5.3.2 使用apply命令创建pod

5.3.3 访问nginx使其产生访问日志

5.3.4 查看容器输出日志

5.3.5 查看挂载目录日志文件

5.3.6 删除当前的pod

5.4 emptyDir和hostPath的对比

六、Volume 之 ConfigMap 

6.1 ConfigMap需求场景

6.2 ConfigMap简介

6.3 ConfigMap 创建操作演示

6.3.1 使用命令行创建

6.3.2 查看创建的configmap

6.3.3 使用yaml配置文件创建

6.3.4 查看configmap详情

6.4 ConfigMap 使用操作演示

6.4.1 使用配置文件创建pod

6.4.2 验证configmap中配置的值

七、Volume 之 Secret 

7.1 Secret 简介

7.2 secret 常见类型

7.2.1 dockerconfigjson

7.2.2 Service Account

7.3 Secret  Opaque使用

7.3.1 创建模板配置文件

7.3.2 使用apply命令创建secret

7.3.3 查看my-secret详细信息

7.3.4 创建pod

7.3.5 查看secret信息

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一、什么是Volume

通过之前学习了解到，k8s中Pod是最小的运行单元，Pod中运行的是一个个容器，但是容器的生命周期可能很短，被频繁地创建和销毁。

在学习docker的时候，创建一个容器，如果没有指定容器的数据卷，容器中的文件在磁盘上通常是临时存放的，这就给容器中运行的重要应用程序带来了一些问题 ，比如像下面的场景：

• 当容器崩溃时文件丢失，kubelet 会重新启动容器，但容器会以干净的状态重启，之前保存在容器中的数据也会被清除 ；
• 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 ；

基于这些问题，k8s中就出现了“卷”这个组件来解决

Kubernetes 卷（Volume） 这一抽象概念能够解决这两个问题，卷的核心是包含一些数据的目录，Pod 中的容器可以访问该目录

二、k8s中的Volume

关于k8s中卷的总结：

• Volume是k8s抽象出来的对象，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的生命周期不与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；
• K8S可以支持许多类型的卷，Pod 也能同时使用任意数量的卷；

三、k8s中常见的Volume类型

k8s中提供了很多种类型的Volume，下面列举一些常用的类型：

• 常规存储：EmptyDir、HostPath ；
• 高级存储：PV、PVC ；
• 配置存储：ConfigMap、Secret ；
• 其他：网络存储系统 NFS、CIFS，包括云服务商提供的、本地、分布式 ；

接下来，针对日常业务中使用较多的Volume，通过实例一一演示下各自的使用。

四、Volume 之 EmptyDir 

4.1 EmptyDir 特点

• 当 Pod 指定到某个节点上时，首先创建的是一个 emptyDir 卷，只要 Pod 在该节点上运行卷就一直存在 ；
• 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 ；
• 容器崩溃并不会导致 Pod 被从节点上移除，所以容器崩溃时 emptyDir 卷中的数据是安全的；

使用场景：临时缓存空间，存储一些运行过程中的中继日志；

4.2 EmptyDir 实现文件共享

如图所示，我们的需求是，创建一个类型为EmptyDir的Volume，实现两个容器日志的共享；

4.2.1 关于busybox

1、是⼀个集成了三百多个最常⽤ Linux 命令和⼯具的软件；

2、包含了简单的⼯具，例如 ls 、 cat 和 echo 等等，还包含了⼀些更复杂的⼯具，例grep 、 find 、 telnet等；

4.3 操作步骤

下面通过案例演示下使用的步骤

4.3.1 创建配置模板文件yaml

在当前目录下创建一个volume-emptydir.yaml 的文件，配置如下内容：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: test-volume-emptydir
  namespace: default
spec:
  containers:
  - name: test-nginx
    image: nginx:1.20
    ports:
    - containerPort: 80
    volumeMounts:  # 将nginx-log-volume挂在到nginx容器中，对应的目录为 /var/log/nginx
    - name: test-log-volume
      mountPath: /var/log/nginx

  - name: test-busybox
    image: busybox:1.35.0 
    command: ["/bin/sh","-c","tail -f /usr/local/test/access.log"] # 容器启动后初始命令，读取指定文件中内容
    volumeMounts:  # 将nginx-log-volume挂在到busybox容器中，对应的目录为 /logs
    - name: test-log-volume
      mountPath: /usr/local/test

  volumes: # 这里声明volume存储劵， name为nginx-log-volume，类型是emptyDir
  - name: test-log-volume
    emptyDir: {}

配置中的关键位置如下：

4.3.2 创建Pod

使用apply命令执行pod的创建，创建成功后，可以看到在test-volume-emptydir 这个pod里面运行了2个容器；

4.3.3 访问nginx使其产生访问日志

随机访问一下，使nginx中产生部分日志

4.3.4 查看容器日志

使用下面的命令查看容器产生的access.log日志

kubectl logs -f test-volume-emptydir -n default -c test-busybox

五、Volume 之 hostPath 

上面我们聊了EmptyDir的使用，相信实际操作之后的同学应该能看出来，由于EmptyDir创建的这个Volume是一个虚拟的路径，所以当其销毁后，pod中容器产生的数据也就随之销毁了，即无法真正实现数据的落盘持久化，于是我们在想，是否可以做到下面这样呢？

当然是可以的，这就是接下来要说的另一种Volume ： hostPath；

5.1 hostPath 概述

• emptyDir中数据没做持久化，随着Pod的结束而销毁，需要持久化到磁盘则选其他方式 ；
• hostPath类型的磁盘就是挂在了主机的一个文件或者目录 ；
• 某些应用需要用到docker的内部文件，这时只需要挂在本机的/var/lib/docker作为hostPath ；

5.2 hostPath类型

根据使用场景的不同，又可以细分成多个类型

• Directory 给定的目录路径必须存在 ；
• DirectoryOrCreate 如果给定路径不存在，将根据需要在那里创建一个空目录 ；
• File 给定路径上必须存在对应文件 ；
• FileOrCreate 如果给定路径不存在，将根据需要在那里创建一个空文件 ；

5.3 hostPath 操作演示

5.3.1 创建模板配置文件

在当前目录下创建一个名叫volume-hostpath.yaml的配置文件，内容如下：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: hostpath-volume-test
  namespace: default
spec:
  containers:
  - name: test-nginx
    image: nginx:1.20
    ports:
    - containerPort: 80
    volumeMounts:  # 将nginx-log-volume挂在到nginx容器中，对应的目录为 /var/log/nginx
    - name: test-log-volume
      mountPath: /var/log/nginx

  - name: test-busybox
    image: busybox:1.35.0 
    command: ["/bin/sh","-c","tail -f /usr/local/test/access.log"] # 容器启动后初始命令，读取指定文件中内容
    volumeMounts:  # 将nginx-log-volume挂在到busybox容器中，对应的目录为 /logs
    - name: test-log-volume
      mountPath: /usr/local/test

  volumes: # 这里声明volume存储劵， name为test-log-volume，类型是hostPath
  - name: test-log-volume
    hostPath:
        path: /usr/local/test
        type: DirectoryOrCreate #如果给定路径不存在，将根据需要在那里创建一个空目录

主要的配置和上面的emptyDir的案例中的差不多，最后的volumes类型那里改成hostPath相关的参数；

5.3.2 使用apply命令创建pod

创建成功后，可以看到产生了一个hostpath开头的一个Pod，里面包含两个容器；

5.3.3 访问nginx使其产生访问日志

5.3.4 查看容器输出日志

这这里注意使用你自己定义的那个名称

kubectl logs -f hostpath-volume-test -n default -c test-busybox

5.3.5 查看挂载目录日志文件

工作节点查看对应的挂载目录的日志文件，登录工作节点的服务器，可以看到对应的nginx日志文件也在里面了；

5.3.6 删除当前的pod

删除pod之后发现工作节点目录下的日志文件依然存在

5.4 emptyDir和hostPath的对比

通过上面的演示，最后来对比一下emptyDir和hostPath使用上的异同点：

• 两者都是本地存储卷方式 ；
• emptyDir是临时存储空间，完全不提供持久化支持；
• hostPath的卷数据是持久化在node节点的文件系统中的，即便pod已经被删除了，volume卷中的数据还留存在node节点上；

六、Volume 之 ConfigMap 

6.1 ConfigMap需求场景

很多应用在其初始化或运行期间要依赖一些配置信息 ，并且在大多数时候， 存在要调整配置参数所设置的数值的需求，而ConfigMap是Kubernetes 用来向应用 Pod 中注入配置数据的一种方法 ；

6.2 ConfigMap简介

• 是K8S的一种API对象，用来把【非加密数据】保存到键值对中，比如etcd ；
• 可以用作环境变量、命令行参数等，将环境变量、配置信息和容器镜像解耦，便于应用配置的修改 ；

使用方式

kubectl create configmap 命令，基于目录、 文件或者键值对来创建 ConfigMap

如下示例：

kubectl create configmap NAME --from-literal=key1=value1 --from-literal=key2=value2

6.3 ConfigMap 创建操作演示

6.3.1 使用命令行创建

使用下面的命令进行ConfigMap的创建

kubectl create configmap test-config --from-literal=account=test --from-literal=password=123456

6.3.2 查看创建的configmap

kubectl get configmap test-config -o yaml

6.3.3 使用yaml配置文件创建

在当前目录下创建一个 test-configmap.yaml的文件，核心配置内容如下：

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: congge-configmap
  namespace: default
data:
  info: 
    username:congge
    password:123456

使用apply命令执行创建

6.3.4 查看configmap详情

kubectl describe cm congge-configmap -n default

6.4 ConfigMap 使用操作演示

上面演示了两种创建configmap的方式，configmap创建出来后怎么使用呢？简单来说，只需要开启一个pod，将这个configmap挂载进去使用即可；

6.4.1 使用配置文件创建pod

注意，里面的Volume使用上文yaml中创建的那个configmap的名字：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-configmap
  namespace: default
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.20
    volumeMounts: # configmap挂载的目录
    - name: config
      mountPath: /config

  volumes: # 声明configmap
  - name: config
    configMap:
      name: congge-configmap

执行apply命令进行创建，然后检查下是否创建成功；

6.4.2 验证configmap中配置的值

进入pod容器

kubectl exec -it pod-configmap -n default -- /bin/sh

进入配置文件中的挂载目录 /config，查看配置信息

七、Volume 之 Secret 

有些配置需要加密存储，ConfigMap只能使用明文保存，因此ConfigMap就不适合了；

7.1 Secret 简介

Secret 作用

• 用来保存敏感信息，例如密码、秘钥、证书、OAuth 令牌和 ssh key等 ；
• 就不需要把这些敏感数据暴露到镜像或者Pod中 ；

不管是哪种Volume，最终都是为Pod服务的，对于Pod来说，可以用三种方式之一来使用 Secret：

• 作为挂载到一个或多个容器上的卷 中的文件 ；
• 作为容器的环境变量 ；
• 由 kubelet 在为 Pod 拉取镜像时使用 ；

7.2 secret 常见类型

下面列举secret中常用的几种类型

7.2.1 dockerconfigjson

用来存储私有 docker registry的认证信息

7.2.2 Service Account

1、只要与Kubernetes API有交互的Pod，都会自动拥有此种类型的Secret；

2、K8S自动创建，并且会自动挂载到Pod的 /run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount 目录中；

7.2.3 Opaque

加密类型为base64，其特点就是将明文改为了密文

7.3 Secret  Opaque使用

下面以Secret中Opaque这种类型进行说明，首先用一个字符串做下测试，简单来说，就是将字符串进行base64编码，得到一串类似于密文的字符串；

7.3.1 创建模板配置文件

在当前目录下创建一个secret.yaml的配置文件，内容如下，其中，username和password用的就是上面测试中看到的：

apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: my-secret
type: Opaque
data:
  username: YWRtaW4=
  password: MTIzNDU2

7.3.2 使用apply命令创建secret

创建成功后，可以顺便使用get查看下创建的secret；

7.3.3 查看my-secret详细信息

使用下面的命令进行查看

kubectl get secret my-secret -o yaml

7.3.4 创建pod

创建一个新的pod并使用上面这个secret，在当前目录下，创建一个名叫pod-secret-volume.yaml的配置文件，内容如下：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-secret
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.20
    volumeMounts: # secret挂载
    - name: congge-config
      mountPath: /etc/secret
  volumes:
  - name: congge-config
    secret:
      secretName: my-secret

使用apply命令执行并创建pod

7.3.5 查看secret信息

在pod中的secret信息实际已经被解密，使用下面的命令进入到pod

kubectl exec -it pod-secret -- /bin/sh

查看指定目录下secret中配置的username和password，可以看到，在pod中，加密的信息已被解密了；