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kubernetes | 存储

lvbibir · 2022-10-07 · via lvbibir's Blog

0 前言

基于 centos7.9，docker-ce-20.10.18，kubelet-1.22.3-0

为什么需要数据卷

启动时需要的初始数据，录入配置文件
启动过程中产生的临时数据，该临时数据需要多个容器间共享
启动过程中产生的持久化数据，例如 mysql 的 data

数据卷概述

kubernetes 中的 volume 提供了在容器中挂载外部存储的能力
Pod 需要设置卷来源（spec.volume）和挂载点（spec.containers.volumeMounts）两个信息后才可以使用相应的 Volume

常用的数据卷：

本地（hostPath，emptyDir）
网络（NFS，Ceph，GlusterFS）
公有云（AWS EBS）
K8S 资源（configmap，secret）

1 emptyDir（临时存储卷）

emptyDir 卷：是一个临时存储卷，与 Pod 生命周期绑定一起，如果 Pod 删除了卷也会被删除。

应用场景：Pod 中容器之间数据共享

emptyDir 的实际存储路径在 pod 所在节点的 /var/lib/kubelet/pods/<pod-id>/volumes/kubernetes.io~empty-dir 目录下

查看 pod 的 uid

kubectl get pod <pod-name> -o jsonpath='{.metadata.uid}'

示例如下

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: demo-emptydir
spec:
  terminationGracePeriodSeconds: 5
  containers:
  - name: write
    image: busybox
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    command: ["/bin/sh", "-c", "for i in $(seq 100); do echo $i >> /data/hello; sleep 1; done"]
    volumeMounts:
    - name: data
      mountPath: /data
  - name: read
    image: busybox
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    command: ["/bin/sh", "-c", "tail -f /data/hello"]
    volumeMounts:
    - name: data
      mountPath: /data
  volumes:
  - name: data
    emptyDir: {}

查看日志

[root@k8s-node1 ~]# kubectl logs -f demo-emptydir -c read 
1
2
3
...

2 hostPath（节点存储卷）

hostPath 卷：挂载 Node 文件系统（Pod 所在节点）上文件或者目录到 Pod 中的容器。

应用场景：Pod 中容器需要访问宿主机文件

示例 yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-hostpath
spec:
  terminationGracePeriodSeconds: 5
  containers:
  - name: busybox
    image: busybox
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    command: ["/bin/sh", "-c", "sleep 36000"]
    volumeMounts:
    - name: data
      mountPath: /data
  volumes:
  - name: data
    hostPath:
      path: /tmp
      type: Directory

3 NFS（网络存储卷）

NFS 卷提供对 NFS 挂载支持，可以自动将 NFS 共享路径挂载到 Pod 中

配置 nfs 服务端，

yum install nfs-utils # nfs-utils包每个节点都需安装
mkdir -p /nfs
echo "/nfs 1.1.1.0/24(rw,async,no_root_squash)" >> /etc/exports
# 格式：NFS共享的目录 客户端地址1(参数1,参数2,...) 客户端地址2(参数1,参数2,...))
systemctl enable --now nfs
systemctl enable --now rpcbind

常用选项：
- ro：客户端挂载后，其权限为只读，默认选项；
- rw: 读写权限；
- sync：同时将数据写入到内存与硬盘中；
- async：异步，优先将数据保存到内存，然后再写入硬盘；
- Secure：要求请求源的端口小于 1024
用户映射：
- root_squash: 当 NFS 客户端使用 root 用户访问时，映射到 NFS 服务器的匿名用户；
- no_root_squash: 当 NFS 客户端使用 root 用户访问时，映射到 NFS 服务器的 root 用户；
- all_squash: 全部用户都映射为服务器端的匿名用户；
- anonuid=UID：将客户端登录用户映射为此处指定的用户 uid；
- anongid=GID：将客户端登录用户映射为此处指定的用户 gid

客户端测试

[root@k8s-node2 ~]# mount -t nfs k8s-node1:/nfs /mnt/
[root@k8s-node2 ~]# df -hT | grep k8s-node1
k8s-node1:/nfs nfs4       44G  4.0G   41G   9% /mnt

示例 yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: demo-nfs
  labels:
    app: demo-nfs
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: demo-nfs
  template:
    metadata:
      labels:
        app: demo-nfs
    spec:
      terminationGracePeriodSeconds: 5
      containers:
      - name: demo-nfs
        image: nginx:1.22.1
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        ports:
        - containerPort: 80
        volumeMounts:
        - name: www
          mountPath: /usr/share/nginx/html/
      volumes:
      - name: www
        nfs:
          server: k8s-node1
          path: /nfs/
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: demo-nfs
  labels:
    app: demo-nfs
spec:
  selector:
    app: demo-nfs
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 80
      nodePort: 30003
  type: NodePort

验证

[root@k8s-node1 ~]# kubectl get svc
NAME         TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
demo-nfs     NodePort    10.97.209.119   <none>        80:30003/TCP   5m41s
kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1       <none>        443/TCP        5d2h
[root@k8s-node1 ~]# echo "hello, nfs" > /nfs/index.html
[root@k8s-node1 ~]# curl 10.97.209.119
hello, nfs

4 pv 和 pvc（持久存储卷）

4.1 基础概念

PersistentVolume（PV）：存储资源创建和使用抽象化，使得存储作为集群中的资源管理
PersistentVolumeClaim（PVC）：让用户不需要关心具体的 Volume 实现细节

pvc 如何匹配到 pv

存储空间的请求
- 匹配最接近的 pv，如果没有满足条件的 pv，则 pod 处于 pending 状态
访问模式的设置

存储空间字段能否限制实际可用容量

不能，存储空间字段只用于匹配到 pv，具体可用容量取决于网络存储

4.2 pv 生命周期

AccessModes（访问模式）：

AccessModes 是用来对 PV 进行访问模式的设置，用于描述用户应用对存储资源的访问权限，访问权限包括下面几种方式：

ReadWriteOnce（RWO）：可被一个 node 读写挂载
ReadOnlyMany（ROX）：可被多个 node 只读挂载
ReadWriteMany（RWX）：可被多个 node 读写挂载

RECLAIM POLICY（回收策略）：

目前 PV 支持的策略有三种：

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，效果相当于执行 rm -rf /ifs/kuberneres/*
Delete（删除）：与 PV 相连的后端存储同时删除

STATUS（状态）：

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）：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

pv 示例

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: demo-pv
spec:
  capacity:
    storage: 5Gi
  accessModes:
  - ReadWriteMany
  nfs:
    server: k8s-node1
    path: /nfs

pvc 示例

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: demo-pvc
spec:
  accessModes:
  - ReadWriteMany
  resources:
    requests:
      storage: 5Gi

deployment & service 示例

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: demo-pvc
  labels:
    app: demo-pvc
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: demo-pvc
  template:
    metadata:
      labels:
        app: demo-pvc
    spec:
      terminationGracePeriodSeconds: 5
      containers:
      - name: demo-pvc
        image: nginx:1.22.1
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        ports:
        - containerPort: 80
        volumeMounts:
        - name: www-pvc
          mountPath: /usr/share/nginx/html/
      volumes:
      - name: www-pvc
        persistentVolumeClaim:
          claimName: demo-pvc
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: demo-pvc
  labels:
    app: demo-pvc
spec:
  selector:
    app: demo-pvc
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 80

验证

[root@k8s-node1 ~]# echo "pvc for NFS is successful" > /nfs/index.html
[root@k8s-node1 ~]# kubectl get svc -l app=demo-pvc
NAME       TYPE        CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
demo-pvc   ClusterIP   10.97.28.93   <none>        80/TCP    102s
[root@k8s-node1 ~]# curl 10.97.28.93
pvc for NFS is successful

4.3 pv 动态供给

之前的 PV 使用方式称为静态供给，需要 K8s 运维工程师提前创建一堆 PV，供开发者使用

因此，K8s 开始支持 PV 动态供给，使用 StorageClass 对象实现。

查看 k8s 原生支持的共享存储

基于 NFS 实现自动创建 pv 插件

自动创建的 pv 挂载路径为 <nfs-path>/<namespace>-<pvc-name>-<pv-name>

pvc-name：默认情况下为 yaml 中自定义的 pvc-name，使用 statefulset 控制器时 pvc 的名字为 <volumeClaimTemplates-name>-<pod-name>
pv-name：pv 的名字为 pvc-<pvc-uid>

k8s-1.20 版本后默认禁止使用 selfLink，需要打开一下

修改 k8s 的 apiserver 参数，改完 apiserver 会自动重启

[root@k8s-node1 ~]#  vi /etc/kubernetes/manifests/kube-apiserver.yaml
apiVersion: v1
···
    - --tls-private-key-file=/etc/kubernetes/pki/apiserver.key
    - --feature-gates=RemoveSelfLink=false # 添加这个配置

4.3.1 部署 NFS 插件

此组件是对 nfs-client-provisioner 的扩展，nfs-client-provisioner 已经不提供更新，且 nfs-client-provisioner 的 Github 仓库已经迁移到 NFS-Subdir-External-Provisioner 的仓库

rbac

创建 nfs-rbac.yml

apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  name: nfs-client-provisioner
  namespace: kube-system
---
kind: ClusterRole
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: nfs-client-provisioner-runner
rules:
  - apiGroups: [""]
    resources: ["persistentvolumes"]
    verbs: ["get", "list", "watch", "create", "delete"]
  - apiGroups: [""]
    resources: ["persistentvolumeclaims"]
    verbs: ["get", "list", "watch", "update"]
  - apiGroups: ["storage.k8s.io"]
    resources: ["storageclasses"]
    verbs: ["get", "list", "watch"]
  - apiGroups: [""]
    resources: ["events"]
    verbs: ["create", "update", "patch"]
---
kind: ClusterRoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: run-nfs-client-provisioner
subjects:
  - kind: ServiceAccount
    name: nfs-client-provisioner
    namespace: kube-system
roleRef:
  kind: ClusterRole
  name: nfs-client-provisioner-runner
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
---
kind: Role
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: leader-locking-nfs-client-provisioner
  namespace: kube-system
rules:
  - apiGroups: [""]
    resources: ["endpoints"]
    verbs: ["get", "list", "watch", "create", "update", "patch"]
---
kind: RoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: leader-locking-nfs-client-provisioner
  namespace: kube-system
subjects:
  - kind: ServiceAccount
    name: nfs-client-provisioner
    namespace: kube-system
roleRef:
  kind: Role
  name: leader-locking-nfs-client-provisioner
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

nfs-subdir-external-provisioner

创建 nfs-provisioner-deploy.yml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nfs-client-provisioner
  namespace: kube-system
  labels:
    app: nfs-client-provisioner
spec:
  replicas: 1
  strategy: 
    type: Recreate     # 设置升级策略为删除再创建(默认为滚动更新)
  selector:
    matchLabels:
      app: nfs-client-provisioner
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nfs-client-provisioner
    spec:
      serviceAccountName: nfs-client-provisioner
      containers:
      - name: nfs-client-provisioner
        #image: gcr.io/k8s-staging-sig-storage/nfs-subdir-external-provisioner:v4.0.0
        image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/lvbibir/nfs-subdir-external-provisioner:v4.0.2
        volumeMounts:
        - name: nfs-client-root
          mountPath: /persistentvolumes
        env:
        - name: PROVISIONER_NAME     # Provisioner的名称,以后设置的storageclass要和这个保持一致
          value: nfs-client 
        - name: NFS_SERVER           # NFS服务器地址,需和valumes参数中配置的保持一致
          value: 1.1.1.1
        - name: NFS_PATH             # NFS服务器数据存储目录,需和valumes参数中配置的保持一致
          value: /nfs/kubernetes
      volumes:
      - name: nfs-client-root
        nfs:
          server: 1.1.1.1            # NFS服务器地址
          path: /nfs/kubernetes      # NFS服务器数据存储目录

storageClass

创建 nfs-sc.yml

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: nfs
  annotations:
    storageclass.kubernetes.io/is-default-class: "true"  ## 是否设置为默认的storageclass
provisioner: nfs-client                                   ## 动态卷分配者名称，必须和deployment的PROVISIONER_NAME变量中设置的Name一致
parameters:
  archiveOnDelete: "false"                                 ## 设置为"false"时删除PVC不会保留数据,"true"则保留数据
mountOptions: 
  - hard                                                  ## 指定为硬挂载方式
  - nfsvers=4                                             ## 指定NFS版本,这个需要根据NFS Server版本号设置

创建上述资源

[root@k8s-node1 nfs]# mkdir /nfs/kubernetes/
[root@k8s-node1 nfs]# kubectl apply -f .
deployment.apps/nfs-client-provisioner created
serviceaccount/nfs-client-provisioner created
clusterrole.rbac.authorization.k8s.io/nfs-client-provisioner-runner created
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/run-nfs-client-provisioner created
role.rbac.authorization.k8s.io/leader-locking-nfs-client-provisioner created
rolebinding.rbac.authorization.k8s.io/leader-locking-nfs-client-provisioner created
storageclass.storage.k8s.io/nfs created

4.3.2 示例

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: demo-auto-pv
  labels:
    app: demo-auto-pv
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: demo-auto-pv
  template:
    metadata:
      labels:
        app: demo-auto-pv
    spec:
      terminationGracePeriodSeconds: 5
      containers:
      - name: demo-auto-pv
        image: nginx:1.22.1
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        ports:
        - containerPort: 80
        volumeMounts:
        - name: www
          mountPath: /usr/share/nginx/html/
      volumes:
      - name: www
        persistentVolumeClaim:
          claimName: pvc-auto
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pvc-auto
spec:
  storageClassName: "nfs"
  accessModes:
  - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 2Gi

测试验证

[root@k8s-node1 ~]# kubectl get pods
NAME                                          READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod/demo-auto-pv-7c974689b4-4cwr6             1/1     Running   0          47s
pod/demo-auto-pv-7c974689b4-bb9v8             1/1     Running   0          47s
pod/demo-auto-pv-7c974689b4-p525n             1/1     Running   0          47s
pod/nfs-client-provisioner-66d6cb77fd-47hsf   1/1     Running   0          4m15s
[root@k8s-node1 ~]# kubectl get pvc
NAME                             STATUS   VOLUME                                     CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS          AGE
persistentvolumeclaim/pvc-auto   Bound    pvc-22b65e10-ab97-47eb-aaa1-6c354a749a55   2Gi        RWO            managed-nfs-storage   47s
[root@k8s-node1 ~]# kubectl get pv
NAME                                                        CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS   CLAIM              STORAGECLASS          REASON   AGE
persistentvolume/pvc-22b65e10-ab97-47eb-aaa1-6c354a749a55   2Gi        RWO            Delete           Bound    default/pvc-auto   managed-nfs-storage            47s
[root@k8s-node1 ~]# ls -l /nfs/
total 4
drwxrwxrwx. 2 root root  6 Apr 11 17:37 default-pvc-auto-pvc-22b65e10-ab97-47eb-aaa1-6c354a749a55

以上

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0 前言

1 emptyDir（临时存储卷）

2 hostPath（节点存储卷）

3 NFS（网络存储卷）

4 pv 和 pvc（持久存储卷）

4.1 基础概念

4.2 pv 生命周期

4.3 pv 动态供给

4.3.1 部署 NFS 插件

4.3.2 示例