一、存储卷介绍

pod有生命周期，生命周期结束后pod里默认创建的临时存储卷的数据会消失(如配置文件,业务数据等)。

解决: 我们需要将数据与pod分离,将数据放在专门的存储卷上

pod在k8s集群的节点中是可以调度的, 如果pod挂了被调度到另一个节点,那么数据和pod的联系会中断。

解决: 所以我们需要与集群节点分离的存储系统才能实现数据持久化

简单来说: volume提供了在容器上挂载外部存储的能力

二、存储卷的分类

kubernetes支持的存储卷类型非常丰富,使用下面的命令查看:

# kubectl explain pod.spec.volumes

或者参考: Storage | Kubernetes

我们可以对存储卷列表进行简单的分类:

• 本地存储卷

  • emptyDir pod删除,数据也会被清除, 用于数据的临时存储

  • hostPath 宿主机目录映射(本地存储卷)

• 网络存储卷

  • NAS类 nfs等

  • SAN类 iscsi,FC等

  • 分布式存储 glusterfs,cephfs,rbd,cinder等

  • 云存储 aws,azurefile等

三、存储卷的选择

市面上的存储产品种类繁多, 但按应用角度主要分为三类:

• 文件存储 如:nfs,glusterfs,cephfs等

  • 优点: 数据共享(多pod挂载可以同读同写)

  • 缺点: 性能较差

• 块存储 如: iscsi,rbd等

  • 优点: 性能相对于文件存储好

  • 缺点: 不能实现数据共享（部分）

• 对象存储 如: ceph对象存储

  • 优点: 性能好, 数据共享

  • 缺点: 使用方式特殊,支持较少

四、本地存储卷之emptyDir

• 应用场景

  实现pod内容器之间数据共享（例如Pod内有2个容器，一个写到emptyDir，另一个从里面读)

• 特点

  随着pod被删除，该卷也会被删除

1.创建yaml文件

[root@k8s-master1 ~]# vim volume-emptydir.yml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: volume-emptydir
spec:
  containers:
  - name: write
    image: centos
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    command: ["bash","-c","echo haha > /data/1.txt ; sleep 6000"]
    volumeMounts:    #注意这里，挂载卷，卷名是下面创建的卷
    - name: data
      mountPath: /data

  - name: read
    image: centos
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    command: ["bash","-c","cat /data/1.txt; sleep 6000"]
    volumeMounts:    #注意这里，挂载卷，卷名是下面创建的卷
    - name: data
      mountPath: /data
      
  volumes:               #注意这里
  - name: data
    emptyDir: {}

五、本地存储卷之hostPath

• 应用场景

  pod内与集群节点目录映射（pod中容器想访问节点上数据，例如监控，只有监控访问到节点主机文件才能知道集群节点主机状态）

• 缺点

  如果集群节点挂掉，控制器在另一个集群节点拉起容器，数据就会变成另一台集群节点主机的了（无法实现数据共享)

1.创建yaml文件

[root@k8s-master1 ~]# vim volume-hostpath.yml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: volume-hostpath
spec:
  containers:
  - name: busybox
    image: busybox
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    command: ["/bin/sh","-c","echo haha > /data/1.txt ; sleep 600"]
    volumeMounts:
    - name: data
      mountPath: /data
      
  volumes:
  - name: data
    hostPath:
      path: /opt
      type: Directory

六、网络存储卷之nfs

1.搭建nfs服务器

[root@nfsserver ~]# mkdir -p /data/nfs
[root@nfsserver ~]# vim /etc/exports
/data/nfs       *(rw,no_root_squash,sync)
[root@nfsserver ~]# systemctl restart nfs-server
[root@nfsserver ~]# systemctl enable nfs-server

2.所有node节点安装nfs客户端相关软件包

[root@k8s-worker1 ~]# yum install nfs-utils -y

[root@k8s-worker2 ~]# yum install nfs-utils -y

3.验证nfs可用性

[root@k8s-worker1 ~]#showmount -e 192.168.10.20
Export list for 192.168.10.20:
/data/nfs *

4.master节点上创建并apply yaml文件

[root@k8s-master1 ~]# vim volume-nfs.yml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: volume-nfs
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.15-alpine
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        volumeMounts:
        - name: documentroot
          mountPath: /usr/share/nginx/html
        ports:
        - containerPort: 80
      volumes:
      - name: documentroot
        nfs:
          server: 192.168.10.20
          path: /data/nfs

5.在nfs服务器共享目录中创建验证文件

[root@nfsserver ~]# echo "volume-nfs" > /data/nfs/index.html

6.验证pod

[root@k8s-master1 ~]# kubectl get pod |grep volume-nfs
volume-nfs-649d848b57-qg4bz   1/1     Running   0          10s
 

[root@k8s-master1 ~]# kubectl exec -it volume-nfs-649d848b57-qg4bz -- /bin/sh
/ # ls /usr/share/nginx/html/
index.html
/ # cat /usr/share/nginx/html/index.html
volume-nfs                                        # 文件内容与nfs服务器上创建的一致
/ # exit

七、PV(持久存储卷)与PVC(持久存储卷声明)

7.1 认识pv与pvc

persistenvolume(PV) 是配置好的一段存储(可以是任意类型的存储卷)

• 也就是说将网络存储共享出来,把各种存储类型统一抽象成一种类型，定义成PV。

PersistentVolumeClaim(PVC)是用户pod使用PV的申请请求。

• 用户不需要关心具体的volume实现细节,只需要关心使用需求。

7.2 pv与pvc之间的关系​​​​​​

• pv提供存储资源(生产者)

• pvc使用存储资源(消费者)

• 使用pvc绑定pv

7.3 实现nfs类型pv与pvc

1.编写创建pv的YAML文件

[root@k8s-master1 ~]# vim pv-nfs.yml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume                        # 类型为PersistentVolume(pv)
metadata:        
  name: pv-nfs                                # 名称
spec:
  capacity:
    storage: 1Gi                            # 大小
  accessModes:
    - ReadWriteMany                            # 访问模式
  nfs:
    path: /data/nfs                            # nfs共享目录
    server: 192.168.10.20                   # nfs服务器IP

访问模式有3种

• ReadWriteOnce 单节点读写挂载

• ReadOnlyMany 多节点只读挂载

• ReadWriteMany 多节点读写挂载

2.创建pv并验证

[root@k8s-master1 ~]# kubectl apply -f pv-nfs.yml
persistentvolume/pv-nfs created

[root@k8s-master1 ~]# kubectl get pv
NAME     CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS      CLAIM   STORAGECLASS   REASON   AGE
pv-nfs   1Gi        RWX            Retain           Available                                   81s

说明:

• RWX为ReadWriteMany的简写

• Retain是回收策略

  • Retain表示需要不使用了需要手动回收

• 可以参考链接： Persistent Volumes | Kubernetes

3.编写创建pvc的YAML文件

[root@k8s-master1 ~]# vim pvc-nfs.yml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim                # 类型为PersistentVolumeClaim(pvc)
metadata:
  name: pvc-nfs                            # pvc的名称
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteMany                        # 访问模式
  resources:
    requests:
      storage: 1Gi                        # 大小要与pv的大小保持一致

4.创建pvc并验证

[root@k8s-master1 ~]# kubectl apply -f pvc-nfs.yml
persistentvolumeclaim/pvc-nfs created

[root@k8s-master1 ~]# kubectl get pvc
NAME      STATUS   VOLUME   CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
pvc-nfs   Bound    pv-nfs   1Gi        RWX                           38s

注意: STATUS必须为Bound状态(Bound状态表示pvc与pv绑定OK)

5.编写deployment的YMAL

[root@k8s-master1 ~]# vim deploy-nginx-nfs.yml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: deploy-nginx-nfs
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.15-alpine
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        ports:
        - containerPort: 80
        volumeMounts:
        - name: www
          mountPath: /usr/share/nginx/html
      volumes:
      - name: www
        persistentVolumeClaim:
          claimName: pvc-nfs

八、存储的动态供给

8.1 什么是动态供给Storage Classes

每次使用存储要先创建pv, 再创建pvc，超累的啦! 所以我们可以实现使用存储的动态供给特性。

• 静态存储需要用户申请PVC时保证容量和读写类型与预置PV的容量及读写类型完全匹配, 而动态存储则无需如此.

• 管理员无需预先创建大量的PV作为存储资源

8.2 使用NFS文件系统创建存储动态供给Storage Classes

PV对存储系统的支持可通过其插件来实现，目前，Kubernetes支持如下类型的插件，可根据自己的存储类型去里面找找。

官方地址：Storage Classes | Kubernetes

不过官方插件是不支持NFS动态供给的，但是我们可以用第三方的插件来实现

第三方插件地址: https://github.com/kubernetes-retired/external-storage

1.下载并创建storageclass

[root@k8s-master1 ~]# wget https://raw.githubusercontent.com/kubernetes-sigs/nfs-subdir-external-provisioner/master/deploy/class.yaml

[root@k8s-master1 ~]# mv class.yaml storageclass-nfs.yml

[root@k8s-master1 ~]# cat storageclass-nfs.yml
apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass                # 类型
metadata:
  name: nfs-client        # 名称,要使用就需要调用此名称
provisioner: k8s-sigs.io/nfs-subdir-external-provisioner     # 动态供给插件
parameters:
  archiveOnDelete: "false"        # 删除数据时是否存档，false表示不存档，true表示存档

[root@k8s-master1 ~]# kubectl apply -f storageclass-nfs.yml
storageclass.storage.k8s.io/managed-nfs-storage created

[root@k8s-master1 ~]# kubectl get storageclass
NAME         PROVISIONER                                   RECLAIMPOLICY   VOLUMEBINDINGMODE   ALLOWVOLUMEEXPANSION   AGE
nfs-client   k8s-sigs.io/nfs-subdir-external-provisioner   Delete          Immediate           false                  10s

# RECLAIMPOLICY pv回收策略，pod或pvc被删除后，pv是否删除还是保留。
# VOLUMEBINDINGMODE Immediate 模式下PVC与PV立即绑定，主要是不等待相关Pod调度完成，不关心其运行节点，直接完成绑定。相反的 WaitForFirstConsumer模式下需要等待Pod调度完成后进行PV绑定。
# ALLOWVOLUMEEXPANSION pvc扩容

2.下载并创建rbac（RBAC这个后面会讲，知道这是搞授权的就好）

因为storage自动创建pv需要经过kube-apiserver，所以需要授权。

[root@k8s-master1 ~]# wget https://raw.githubusercontent.com/kubernetes-sigs/nfs-subdir-external-provisioner/master/deploy/rbac.yaml

[root@k8s-master1 ~]# mv rbac.yaml storageclass-nfs-rbac.yaml

[root@k8s-master1 ~]# cat storageclass-nfs-rbac.yaml
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  name: nfs-client-provisioner
  # replace with namespace where provisioner is deployed
  namespace: default
---
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
    # replace with namespace where provisioner is deployed
    namespace: default
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
  # replace with namespace where provisioner is deployed
  namespace: default
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
  # replace with namespace where provisioner is deployed
  namespace: default
subjects:
  - kind: ServiceAccount
    name: nfs-client-provisioner
    # replace with namespace where provisioner is deployed
    namespace: default
roleRef:
  kind: Role
  name: leader-locking-nfs-client-provisioner
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

[root@k8s-master1 ~]# kubectl apply -f rbac.yaml

3.创建动态供给的deployment

[root@k8s-master1 ~]# vim deploy-nfs-client-provisioner.yml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nfs-client-provisioner
spec:
  replicas: 1
  strategy:
    type: Recreate
  selector:
    matchLabels:
      app: nfs-client-provisioner
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nfs-client-provisioner
    spec:
      serviceAccount: nfs-client-provisioner
      containers:
        - name: nfs-client-provisioner
          image: registry.cn-beijing.aliyuncs.com/pylixm/nfs-subdir-external-provisioner:v4.0.0
          volumeMounts:
            - name: nfs-client-root
              mountPath: /persistentvolumes
          env:
            - name: PROVISIONER_NAME
              value: k8s-sigs.io/nfs-subdir-external-provisioner
            - name: NFS_SERVER
              value: 192.168.10.20
            - name: NFS_PATH
              value: /data/nfs
      volumes:
        - name: nfs-client-root
          nfs:
            server: 192.168.10.20
            path: /data/nfs

[root@k8s-master1 ~]# kubectl apply -f deploy-nfs-client-provisioner.yml
deployment.apps/nfs-client-provisioner created

[root@k8s-master1 ~]# kubectl get pods |grep nfs-client-provisioner
nfs-client-provisioner-5b5ddcd6c8-b6zbq   1/1     Running   0          34s

4.测试存储动态供给是否可用

# vim nginx-sc.yaml

---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx
  labels:
    app: nginx
spec:
  ports:
  - port: 80
    name: web
  clusterIP: None
  selector:
    app: nginx
---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: web
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  serviceName: "nginx"
  replicas: 2
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      imagePullSecrets:
      - name: huoban-harbor
      terminationGracePeriodSeconds: 10
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:latest
        ports:
        - containerPort: 80
          name: web
        volumeMounts:
        - name: www
          mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumeClaimTemplates:              #注意这里
  - metadata:
      name: www
    spec:
      accessModes: [ "ReadWriteOnce" ]
      storageClassName: "nfs-client"
      resources:
        requests:
          storage: 1Gi