本篇介绍内容主要有

• Volume
• PersistenceVolume
• PersistentVolumeClaim
• PV的提供方式（Provisioning）
• PVC与PV的绑定
• 示例：使用PVC

参考文档

Volume

容器中的文件系统是不持久的，在容器中运行一些复杂的应用可能导致某些问题：第一，当容器崩溃，kubelet会重启它，但容器内的文件已经丢失了，因为每次当容器重启的时候，容器会以一个“干净”的初始状态启动。第二，当一组容器在同一个Pod上运行的时候，他们通常需要共享一些文件。k8s的Volume是为了解决这些问题而作的一个抽象。

On-disk files in a Container are ephemeral, which presents some problems for non-trivial applications when running in Containers. First, when a Container crashes, kubelet will restart it, but the files will be lost - the Container starts with a clean state. Second, when running Containers together in a Pod it is often necessary to share files between those Containers. The Kubernetes Volume abstraction solves both of these problems.
https://kubernetes.io/docs/concepts/storage/volumes/#background

Volume的生命周期跟Pod是一样的，所以Volume比任何在Pod中运行的容器的启动时间都早，所以当容器启动的时候，Volume就已经准备好了，当容器崩溃重启的时候，Volume也不会丢失。

k8s内置了许多Volume的类型：

• awsElasticBlockStore
• azureDisk
• nfs
• emptyDir
• hostPath
• nfs
• …

完整列表可以查看官方文档。
k8s通过一组抽象接口——CSI(Container Storage Interface) 与不同类型的“存储卷”进行通信，内置的Volume类型不仅包含像NFS这样的标准网络文件系统，还集成了许多云平台的存储服务，比如aws亚马逊云，GCE(Google Compute Engine)谷歌云等。这一组抽象的接口叫 。
换句话说，只要实现了CSI接口，就可以以Volume的方式被k8s所管理，比如阿里云，腾讯云，华为云等等的云存储卷均可以用k8s来管理（前提是要实现CSI接口）。

示例

在minikube环境下，以hostPath为例，hostPath表示将Volume挂载在Node节点上的文件系统上。
创建test-pd.yaml文件：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: test-pd
spec:
  containers:
  - image: nginx:1.7.9
    name: test-container
    volumeMounts:
    - mountPath: /test-pd
      name: test-volume
  volumes:
  - name: test-volume
    hostPath:
      # directory location on host
      path: /data
      # this field is optional
      type: Directory

该配置文件表示将容器中的/test-pd路径挂载到Node的目录/data。
创建Pod:

$  kubectl create -f test-pd.yaml
pod "test-pd" created
$ kubectl get po
NAME      READY     STATUS              RESTARTS   AGE
test-pd   0/1       ContainerCreating   0          14s

接下来验证一下：
查看Node主机上的/data目录：

$ ls /data
minikube

验证Pod中/test-pd中的内容是否跟Node中/data目录的内容一致：

$ kubectl exec -it test-pd /bin/bash
root@test-pd:/# ls /test-pd
minikube

目录一致，说明Volume已经正确挂载了。

PersistenceVolume (PV)

通过上述的例子我们发现：Volume是定义在Pod上的，属于Pod——“计算资源”的一部分。而实际上，“网络资源”应当是相对于独立于“计算资源的”而存在的一种实体资源。
k8s提供PersistenceVolume来将“计算资源”和“网络资源”进行解耦。
PV跟Node一样都是k8s集群中的一种资源。PV与Volume很类似，但有以下区别：

• PV只能是网络存储（区别于上述的hostPath本地存储），不属于任何Node，但可以在每个Node上访问。
• PV并不是定义在Pod上的，而是独立于Pod之外定义。
• PV的生命周期与Pod是独立的。

示例

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv0003
spec:
  capacity:
    storage: 5Gi
  volumeMode: Filesystem
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  persistentVolumeReclaimPolicy: Recycle
  storageClassName: slow
  mountOptions:
    - hard
    - nfsvers=4.1
  nfs:
    path: /tmp
    server: 172.17.0.2

这个PV表示了一个使用NFS文件系统的，大小为5G的存储资源。
如果某个Pod想申请某种类型的PV，则首先需要定义一个PersistentVolumeClaim(PVC)。

关于accessModes的一些定义：

• ReadWriteOnce – 该Volume只能被挂载在一个节点上，读写权限。
• ReadOnlyMany – 该Volume可以被挂载在多个节点上，只读权限。
• ReadWriteMany – 该Volume只能被挂载在多个节点上，读写权限。

PersistentVolumeClaim (PVC)

PVC是用户对“存储资源”（PV）的一种请求，它跟Pod类似。Pod消费Node资源，而PVC消费PV资源。对于用户而言，PVC屏蔽了Volume的一些细节——用户通过PVC请求具体大小和特定的access-mode的PV资源，而不需要关心底层Volume到底是哪一种类型。
但不同的Volume类型在使用上还是有一定差异，比如某些Volume类型是存储介质是SSD（固态硬盘），某些Volume类型的存储介质可能只是机械硬盘，所以对于用户来说，还需要对这些Volume做一个分类，而不能仅仅通过Volume的大小和access-mode来请求资源，毕竟请求到一块SSD硬盘和一块机械硬盘的区别还是很大的。
k8s提供StorageClass资源来处理这个问题：集群管理员可以根据Volume的类型，划分出不同的StorageClass类别，让用户自由选择。比如：StorageClass=ssd的表示SSD，StorageClass=hhd的表示机械硬盘。用户在请求PV的时候带上所需的StorageClass，就可以获取到匹配的Volume了。

示例

kind: PersistentVolumeClaim
apiVersion: v1
metadata:
  name: myclaim
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  volumeMode: Filesystem
  resources:
    requests:
      storage: 8Gi
  storageClassName: slow
  selector:
    matchLabels:
      release: "stable"
    matchExpressions:
      - {key: environment, operator: In, values: [dev]}

PV的提供方式（Provisioning）

一共有两种提供PV的方式：静态（static）或者动态（dynamic）。

静态

集群管理员通过预先分配的方式，创建一些PV资源。

动态

当PVC请求PV资源的时候，由集群动态生成PV资源。这种分配方式是基于StorageClass的：PVC必须带StorageClass来请求动态生成的PV资源。同时，也需要对应的Volume类型能支持动态分配。

PVC与PV的绑定

PVC跟PV是一个一对一的绑定关系，当PV跟PVC绑定之后，才能被Pod引用。
每当新建一个PVC的时候，k8s都会尝试寻找一个符合条件的PV（静态或动态）与之绑定，这种绑定关系是一对一的。一旦绑定成功，PVC能够得到满足其最小要求的PV资源，也有可能得到超过预期的资源。
如果没有任何一个PV能够满足PVC的需求，则该PVC会一直处于未绑定状态，直到找到可用的PV与之绑定。
比如：一个提供50G存储容量的PV不能与一个请求100G的PVC绑定。当一个至少包含100G存储容量的PV被创建出来之后，PVC才会与之绑定。

示例

通过一个示例来说明一下PV和PVC的绑定过程：

1. 创建一个1G的PV，监控其绑定状态。
2. 创建一个请求2G的PVC，监控其绑定状态。
3. 创建一个2G的PV。

打开三个控制台，分别为c1,c2,c3。
在c1控制台创建1G的PV:

# 1g-pv.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: 1g-pv
spec:
  capacity:
    storage: 1Gi
  volumeMode: Filesystem
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  persistentVolumeReclaimPolicy: Recycle
  storageClassName: slow
  hostPath:
    # 本地测试路径
    path: /test

创建并监控PV的状态变化：

$ kubectl create -f  1g-pv.yaml
persistentvolume "1g-pv" created
$ get pv 1g-pvc -w
NAME      CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS      CLAIM     STORAGECLASS   REASON    AGE
1g-pv  	  1Gi        RWO            Recycle          Available             slow                     1m

在c2控制台创建请求2G的PVC:

# 2g-pvc.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: 2g-pvc
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  volumeMode: Filesystem
  resources:
    requests:
      storage: 2Gi
  storageClassName: slow

创建并监控状态：

$ kubectl create -f 2g-pvc.yaml
persistentvolumeclaim "2g-pvc" created
$ kubectl get pvc 2g-pvc -w
NAME       STATUS    VOLUME    CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
2g-pvc     Pending                                       slow           1m

至此，我们创建了一个1G的PV，一个请求2G资源的PVC，由于1G的PV并不能满足2G的PVC的请求，所以此时该PV和PVC还未有绑定关系：

//c1控制台，1g-pv处于Available状态
$ kubectl get pv 1g-pv -w
NAME      CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS      CLAIM     STORAGECLASS   REASON    AGE
1g-pv     1Gi        RWO            Recycle          Available             slow                     1m

//c2控制台，2g-pvc处于Pending状态
$ kubectl get pvc 2g-pvc -w
NAME      STATUS    VOLUME    CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
2g-pvc    Pending                                       slow           1m

接下来在c3控制台创建2G的PV:

# 2g-pv.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: 2g-pv
spec:
  capacity:
    storage: 2Gi
  volumeMode: Filesystem
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  persistentVolumeReclaimPolicy: Recycle
  storageClassName: slow
  hostPath:
    # 本地测试路径
    path: /test

创建并且查看状态：

//c3控制台
$ create -f 2g-pv.yaml
persistentvolume "2g-pv" created
$  kubectl get pv 2g-pv -w
NAME      CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS      CLAIM     STORAGECLASS   REASON    AGE
2g-pv     2Gi        RWO            Recycle          Available             slow                     5s
2g-pv     2Gi       RWO       Recycle   Available   default/2g-pvc   slow                9s
2g-pv     2Gi       RWO       Recycle   Bound     default/2g-pvc   slow                9s

可以看到2g的PV创建出来没多久，就被绑定到2g-pvc上了。
同样的可以查看c2控制台：

NAME      STATUS    VOLUME    CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
2g-pvc    Pending                                       slow           5s
2g-pvc    Pending   2g-pv     0                   slow      27s
2g-pvc    Bound     2g-pv     2Gi       RWO       slow      27s

2g-pvc已经跟2g-pv绑定上了。
由于1G的PV资源还是处于“无人认领”状态，所以查看c1控制台，发现1g-pv的状态是没有发生变化的：

NAME      CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS      CLAIM     STORAGECLASS   REASON    AGE
1g-pv     1Gi        RWO            Recycle          Available             slow                     30s

示例：使用PVC

Pod通过定义PVC来请求PV资源，下面通过一个例子加以说明。
创建test-pv.yaml，test-pvc.yaml，test-po.yaml文件，内容如下：

# test-pv.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: test-pv
spec:
  capacity:
    storage: 5Gi
  volumeMode: Filesystem
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  persistentVolumeReclaimPolicy: Recycle
  storageClassName: slow
  hostPath:
    # 本地测试路径
    path: /test

# test-pvc.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: myclaim
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  volumeMode: Filesystem
  resources:
    requests:
      storage: 5Gi
  storageClassName: slow

# test-po.yaml
kind: Pod
apiVersion: v1
metadata:
  name: mypod
spec:
  containers:
    - name: myfrontend
      image: nginx:1.7.9
      volumeMounts:
      - mountPath: "/usr/share/nginx/html"
        name: mypd
  volumes:
    - name: mypd
      persistentVolumeClaim:
        claimName: myclaim

创建PV/PVC/POD：

$ kubectl create -f test-po.yaml
pod "mypod" created
$ kubectl create -f test-pv.yaml
persistentvolume "test-pv" created
$ kubectl create -f test-pvc.yaml
persistentvolumeclaim "myclaim" created

通过查询得到pod的IP地址是172.17.0.5，用curl验证是否绑定成功：

$ echo "hello word" > test.html
$ curl 172.17.0.5/test.html 
hello word