Linux6.38 Kubernetes 集群存储

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第三章 LINUX Kubernetes 集群存储

容器磁盘上的文件的生命周期是短暂的，这就使得在容器中运行重要应用时会出现一些问题。首先，当容器崩溃时，kubelet 会重启它，但是容器中的文件将丢失——容器以干净的状态（镜像最初的状态）重新启动。其次，在Pod中同时运行多个容器时，这些容器之间通常需要共享文件。Kubernetes 中的Volume抽象就很好的解决了这些问题。Pod中的容器通过Pause容器共享Volume

一、emptyDir存储卷

当Pod被分配给节点时，首先创建emptyDir卷，并且只要该Pod在该节点上运行，该卷就会存在。正如卷的名字所述，它最初是空的。Pod 中的容器可以读取和写入emptyDir卷中的相同文件，尽管该卷可以挂载到每个容器中的相同或不同路径上。当出于任何原因从节点中删除 Pod 时，emptyDir中的数据将被永久删除

mkdir /opt/volumes
cd /opt/volumes

vim pod-emptydir.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-emptydir
  namespace: default
  labels:
    app: myapp
    tier: frontend
spec:
  containers:
  - name: myapp
    image: soscscs/myapp:v1
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    ports:
    - name: http
      containerPort: 80
	#定义容器挂载内容
    volumeMounts:
	#使用的存储卷名称，如果跟下面volume字段name值相同，则表示使用volume的这个存储卷
    - name: html
	  #挂载至容器中哪个目录
      mountPath: /usr/share/nginx/html/
  - name: busybox
    image: busybox:latest
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    volumeMounts:
    - name: html
	  #在容器内定义挂载存储名称和挂载路径
      mountPath: /data/
    command: ['/bin/sh','-c','while true;do echo $(date) >> /data/index.html;sleep 2;done']
  #定义存储卷
  volumes:
  #定义存储卷名称  
  - name: html
    #定义存储卷类型
    emptyDir: {}
	
	
kubectl apply -f pod-emptydir.yaml

kubectl get pods -o wide
NAME           READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-emptydir   2/2     Running   0          10s   10.244.0.26   node01   <none>           <none>

//在上面定义了2个容器，其中一个容器是输入日期到index.html中，然后验证访问nginx的html是否可以获取日期。以验证两个容器之间挂载的emptyDir实现共享。
curl 10.244.0.26
Fri Aug 11 06:48:59 UTC 2023
Fri Aug 11 06:49:01 UTC 2023
Fri Aug 11 06:49:03 UTC 2023
Fri Aug 11 06:49:05 UTC 2023
Fri Aug 11 06:49:07 UTC 2023
Fri Aug 11 06:49:09 UTC 2023
Fri Aug 11 06:49:11 UTC 2023
Fri Aug 11 06:49:13 UTC 2023
Fri Aug 11 06:49:15 UTC 2023
Fri Aug 11 06:49:17 UTC 2023
Fri Aug 11 06:49:19 UTC 2023
Fri Aug 11 06:49:21 UTC 2023

2.hostPath存储卷

hostPath卷将 node 节点的文件系统中的文件或目录挂载到集群中
hostPath可以实现持久存储，但是在node节点故障时，也会导致数据的丢失

//在 node01 节点上创建挂载目录
mkdir -p /data/pod/volume1
echo 'node01.kb.com' > /data/pod/volume1/index.html

//在 node02 节点上创建挂载目录
mkdir -p /data/pod/volume1
echo 'node02.kb.com' > /data/pod/volume1/index.html

//创建 Pod 资源
vim pod-hostpath.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-hostpath
  namespace: default
spec:
  containers:
  - name: myapp
    image: ikubernetes/myapp:v1
	#定义容器挂载内容
    volumeMounts:
	#使用的存储卷名称，如果跟下面volume字段name值相同，则表示使用volume的这个存储卷
    - name: html
	  #挂载至容器中哪个目录
      mountPath: /usr/share/nginx/html
	  #读写挂载方式，默认为读写模式false
	  readOnly: false
  #volumes字段定义了paues容器关联的宿主机或分布式文件系统存储卷
  volumes:
    #存储卷名称
    - name: html
	  #路径，为宿主机存储路径
      hostPath:
	    #在宿主机上目录的路径
        path: /data/pod/volume1
		#定义类型，这表示如果宿主机没有此目录则会自动创建
        type: DirectoryOrCreate


kubectl apply -f pod-hostpath.yaml

//访问测试
kubectl get pods -o wide
NAME           READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-hostpath   1/1     Running   0          9s      10.244.0.27   node01   <none>           <none>

curl 10.244.0.27
node01.kb.com

//删除pod，再重建，验证是否依旧可以访问原来的内容
kubectl delete -f pod-hostpath.yaml  
kubectl apply -f pod-hostpath.yaml 

kubectl get pods -o wide
NAME           READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-hostpath   1/1     Running   0          5s      10.244.0.28   node01   <none>           <none>

curl  10.244.0.28
node01.kb.com

3.nfs共享存储卷

//在stor01节点上安装nfs，并配置nfs服务
mkdir /data/volumes -p
chmod 777 /data/volumes

vim /etc/exports
/data/volumes 192.168.80.0/24(rw,no_root_squash)

systemctl start rpcbind
systemctl start nfs

showmount -e
Export list for kb6:
/data/volumes 192.168.58.0/24

//master节点操作
vim pod-nfs-vol.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-vol-nfs
  namespace: default
spec:
  containers:
  - name: myapp
    image: ikubernetes/myapp:v1
    volumeMounts:
    - name: html
      mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumes:
    - name: html
      nfs:
        path: /data/volumes
        server: stor01


kubectl apply -f pod-nfs-vol.yaml

kubectl get pods -o wide
NAME           READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP            NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-vol-nfs    1/1     Running   0          9s      10.244.0.29   node01              


//在nfs服务器上创建index.html
cd /data/volumes
vim index.html
 nfs stor01

//master节点操作
curl 10.244.0.29
 nfs stor01

kubectl delete -f pod-nfs-vol.yaml   #删除nfs相关pod，再重新创建，可以得到数据的持久化存储

kubectl apply -f pod-nfs-vol.yaml

kubectl get pods -o wide
NAME           READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP            NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-vol-nfs    1/1     Running   0          3s      10.244.0.30   node01              

curl 10.244.0.30
 nfs 192.168.58.66

4.PVC 和 PV

注：使用PVC创建Pod时不能使用NodeName来指定node节点亲和性

PV 全称叫做 Persistent Volume，持久化存储卷。它是用来描述或者说用来定义一个存储卷的，这个通常都是由运维工程师来定义

PVC 的全称是 Persistent Volume Claim，是持久化存储的请求。它是用来描述希望使用什么样的或者说是满足什么条件的 PV 存储

PVC 的使用逻辑：在 Pod 中定义一个存储卷（该存储卷类型为 PVC），定义的时候直接指定大小，PVC 必须与对应的 PV 建立关系，PVC 会根据配置的定义去 PV 申请，而 PV 是由存储空间创建出来的。PV 和 PVC 是 Kubernetes 抽象出来的一种存储资源

上面介绍的PV和PVC模式是需要运维人员先创建好PV，然后开发人员定义好PVC进行一对一的Bond，但是如果PVC请求成千上万，那么就需要创建成千上万的PV，对于运维人员来说维护成本很高，Kubernetes提供一种自动创建PV的机制，叫StorageClass，它的作用就是创建PV的模板

创建 StorageClass 需要定义 PV 的属性，比如存储类型、大小等；另外创建这种 PV 需要用到的存储插件，比如 Ceph 等。 有了这两部分信息，Kubernetes 就能够根据用户提交的 PVC，找到对应的 StorageClass，然后 Kubernetes 就会调用 StorageClass 声明的存储插件，自动创建需要的 PV 并进行绑定

PV是集群中的资源。 PVC是对这些资源的请求，也是对资源的索引检查

PV和PVC之间的相互作用遵循这个生命周期：

Provisioning（配置）—> Binding（绑定）—> Using（使用）—> Releasing（释放） —>Recycling（回收）

pv和pvc阶段	说明
Provisioning	即 PV 的创建，可以直接创建 PV（静态方式），也可以使用 StorageClass 动态创建
Binding	将 PV 分配给 PVC
Using	Pod 通过 PVC 使用该 Volume，并可以通过准入控制StorageProtection（1.9及以前版本为PVCProtection） 阻止删除正在使用的 PVC
Releasing	Pod 释放 Volume 并删除 PVC
Reclaiming	回收 PV，可以保留 PV 以便下次使用，也可以直接从云存储中删除

PV 的状态	说明
Available（可用）	表示可用状态，还未被任何 PVC 绑定
Bound（已绑定）	表示 PV 已经绑定到 PVC
Released（已释放）	表示 PVC 被删掉，但是资源尚未被集群回收
Failed（失败）	表示该 PV 的自动回收失败

一个PV从创建到销毁的具体流程如下

1、一个PV创建完后状态会变成Available，等待被PVC绑定。
2、一旦被PVC邦定，PV的状态会变成Bound，就可以被定义了相应PVC的Pod使用
3、Pod使用完后会释放PV，PV的状态变成Released
4、变成Released的PV会根据定义的回收策略做相应的回收工作。有三种回收策略，Retain、Delete和Recycle。Retain就是保留现场，K8S集群什么也不做，等待用户手动去处理PV里的数据，处理完后，再手动删除PV。Delete策略，K8S会自动删除该PV及里面的数据。Recycle方式，K8S会将PV里的数据删除，然后把PV的状态变成Available，又可以被新的PVC绑定使用

kubectl explain pv    #查看pv的定义方式
FIELDS:
	apiVersion: v1
	kind: PersistentVolume
	metadata:    #由于 PV 是集群级别的资源，即 PV 可以跨 namespace 使用，所以 PV 的 metadata 中不用配置 namespace
	  name: 
	spec
	
kubectl explain pv.spec    #查看pv定义的规格
spec:
  nfs:（定义存储类型）
    path:（定义挂载卷路径）
    server:（定义服务器名称）
  accessModes:（定义访问模型，有以下三种访问模型，以列表的方式存在，也就是说可以定义多个访问模式）
    - ReadWriteOnce          #（RWO）卷可以被一个节点以读写方式挂载。 ReadWriteOnce 访问模式也允许运行在同一节点上的多个 Pod 访问卷。
	- ReadOnlyMany           #（ROX）卷可以被多个节点以只读方式挂载。
	- ReadWriteMany          #（RWX）卷可以被多个节点以读写方式挂载。
#nfs 支持全部三种；iSCSI 不支持 ReadWriteMany（iSCSI 就是在 IP 网络上运行 SCSI 协议的一种网络存储技术）；HostPath 不支持 ReadOnlyMany 和 ReadWriteMany。
  capacity:（定义存储能力，一般用于设置存储空间）
    storage: 2Gi （指定大小）
  storageClassName: （自定义存储类名称，此配置用于绑定具有相同类别的PVC和PV）
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain    #回收策略（Retain/Delete/Recycle）
#Retain（保留）：当用户删除与之绑定的PVC时候，这个PV被标记为released（PVC与PV解绑但还没有执行回收策略）且之前的数据依然保存在该PV上，但是该PV不可用，需要手动来处理这些数据并删除该PV。
#Delete（删除）：删除与PV相连的后端存储资源。对于动态配置的PV来说，默认回收策略为Delete。表示当用户删除对应的PVC时，动态配置的volume将被自动删除。（只有 AWS EBS, GCE PD, Azure Disk 和 Cinder 支持）
#Recycle（回收）：如果用户删除PVC，则删除卷上的数据，卷不会删除。（只有 NFS 和 HostPath 支持）

kubectl explain pvc   #查看PVC的定义方式
KIND:     PersistentVolumeClaim
VERSION:  v1
FIELDS:
   apiVersion	
   kind	  
   metadata