K8S：Pod容器中的存储方式及PV、PVC

Pod容器中的存储方式

需要存储方式前提：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

1.emptyDir存储卷概念

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。

2.emptyDir存储卷示例

#为了更方便查看将之前的pod删除
kubectl delete pod --all
#查看节点是否有污点，有则清除
kubectl describe nodes node01
kubectl describe nodes node02

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: ikubernetes/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: blue
	  #挂载至容器中哪个目录
      mountPath: /usr/share/nginx/html/
  - name: busybox
    image: busybox:latest
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    volumeMounts:
    - name: blue
	  #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: blue
    #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          54s   10.244.2.31   node01              

#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 10.244.2.31

#进入容器查看
kubectl exec -it pod-emptydir -c busybox sh
cd /data/
cat index.html
exit

kubectl exec -1t pod-emptydir ic myapp sh
cd /usr/share/nginx/html/
cat index.html
exit

总：容器和容器之间共用了一个emptyDir卷,一旦容器挂掉，存储卷也不会存在

二.hostPath存储卷

1.hostPath存储卷概念

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。

2.hostPath存储卷示例

可以使用此命令查看相关标签配置：kubectl explain pod.spec.volumes .hostpath

node01 节点操作

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

node02 节点操作

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

master 节点操作

#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
curl 10.244.2.35

node02.blue.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
#访问测试
curl  10.244.2.37 
node02.blue.com

总：pod漂到哪一个节点上，哪一个节点共享数据，如果node节点挂了，数据会丢失

三.nfs共享存储卷

1.nfs共享存储卷示例

stor01节点操作

#查看是否安装nfs
rpm -q rpcbind nfs-utils
hostnamectl set-hostname stor01

#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 192.168.198.0/24(rw,no_root_squash)

systemctl start rpcbind
systemctl start nfs

showmount -e
Export list for stor01:
/data/volumes 192.168.198.0/24

node02节点操作

vim /etc/hosts
192.168.198.14 stor01

node01节点操作

vim /etc/hosts
192.168.198.14 stor01

master节点操作

vim pod-nfs-vol.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myapp01-nfs
  namespace: default
spec:
  containers:
  - name: myapp
    image: ikubernetes/myapp:v1
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    volumeMounts:
    - name: nfs
      mountPath: /usr/share/nginx/html
      readOnly: false
  restartPolicy: Always
  nodeSelector:
    kubernetes.io/hostname: node02
  volumes:
    - name: nfs
      nfs:
        path: /data/volumes
        server: stor01
---
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myapp02-nfs
  namespace: default
spec:
  containers:
  - name: myapp
    image: ikubernetes/myapp:v1
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    volumeMounts:
    - name: nfs
      mountPath: /usr/share/nginx/html
      readOnly: false
  restartPolicy: Always
  nodeSelector:
    kubernetes.io/hostname: node01
  volumes:
    - name: nfs
      nfs:
        path: /data/volumes
        server: 192.168.198.14

kubectl apply -f pod-nfs-vol.yaml

kubectl get pods -o wide

stor01节点操作

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

master节点操作

#master节点操作
curl 10.244.1.39

 nfs stor01

curl 10.244.2.32

 nfs stor01

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

kubectl apply -f pod-nfs-vol.yaml

kubectl exec -it myapp01-nfs sh
cd /usr/share/nginx/html/
echo "this is node2" >> index.html
cat index.html
exit

总：共享存储挂载，nfs只要不挂，则数据就不会丢失

四.PV和PVC

1.PV、PVC概念

（1）PV 个称叫做 Persistent volume使持久化存储卷。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。

（2）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。

2.PVC 的使用逻辑及数据流向

（1）定义：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P V 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。

（2）数据流向

3.storageclass插件

（1）storageclass插件概念

Pv和Pc模式是需要运维人员先创建好PV，然后开发人员定义好PVC进行一对一的绑定，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 storaqeclass，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。

（2)StorageClass插件数据流向

pod需求到pvc，通过api接口调用，通过存储插件调用storageclass插件到达PVC进行创建。

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。

4.PV和PVC之间的相互作用及PV 的状态

（1）生命周期

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

注解：

• 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——（管理员）

• Binding (绑定)：将PV 分配给 PVC——使用者

• 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

（2）PV 的状态

根据这 5 个阶段，PV 的状态有以下 4 种：

• 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
• Eailed (失败)：表示该 PV 的自动回收失败

（3）pv创建到销毁的整个流程

一个PV从创建到销毁的具体流程如下:

• 一个PV创建完后状态会变成Available，等待被PVC绑定
• 一旦被PVC绑定，PV的状态会变成Bound，就可以被定义了相应PVC的Pod使用
• Pod使用完后会释放PV，PV的状态变成Released
• 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。

5.PV和PVC基础操作

（1）查看pv的定义方式

kubectl explain pv

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

（2）查看pv定义的规格

kubectl explain pv.spec

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）存储可读可写，但只支持被单个 Pod 挂载
	- ReadOnlyMany           #（ROX）存储可以以只读的方式被多个 Pod 挂载
	- ReadWriteMany          #（RWX）存储可以以读写的方式被多个 Pod 共享         注：官网
#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（只有 AWS EBS, GCE PD, Azure Disk 和 Cinder 支持）
#Recycle（回收）：删除数据，效果相当于执行了 rm -rf /thevolume/* （只有 NFS 和 HostPath 支持）

（3）查看PVC的定义方式

kubectl explain pvc

KIND:     PersistentVolumeClaim
VERSION:  v1
FIELDS:
   apiVersion	
   kind	  
   metadata