Kubernetes系列六：存储Kubernetes介绍 Kubernetes资源 Pod Pod控制器 Svc 存储

容器的生命周期可能很短，会被频繁地创建和销毁。那么容器在销毁时，保存在容器中的数据也会被清除。这种结果对用户来说，在某些情况下是不乐意看到的。为了持久化保存容器的数据，kubernetes引入了Volume的概念。

Volume是Pod中能够被多个容器访问的共享目录，它被定义在Pod上，然后被一个Pod里的多个容器挂载到具体的文件目录下，kubernetes通过Volume实现同一个Pod中不同容器之间的数据共享以及数据的持久化存储。Volume的生命容器不与Pod中单个容器的生命周期相关，当容器终止或者重启时，Volume中的数据也不会丢失。

kubernetes的Volume支持多种类型，比较常见的有下面几个：

简单存储：EmptyDir、HostPath、NFS
高级存储：PV、PVC
配置存储：ConfigMap、Secret

1 基本存储

1.1 EmptyDir

EmptyDir是最基础的Volume类型，一个EmptyDir就是Host上的一个空目录。

EmptyDir是在Pod被分配到Node时创建的，它的初始内容为空，并且无须指定宿主机上对应的目录文件，因为kubernetes会自动分配一个目录，当Pod销毁时， EmptyDir中的数据也会被永久删除。 EmptyDir用途如下：

临时空间，例如用于某些应用程序运行时所需的临时目录，且无须永久保留
一个容器需要从另一个容器中获取数据的目录（多容器共享目录）

接下来，通过一个容器之间文件共享的案例来使用一下EmptyDir。

在一个Pod中准备两个容器nginx和busybox，然后声明一个Volume分别挂在到两个容器的目录中，然后nginx容器负责向Volume中写日志，busybox中通过命令将日志内容读到控制台。

创建一个volume-emptydir.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:  
  name: volume-emptydir  
  namespace: dev
spec:  
  containers:  
  - name: nginx    
    image: nginx:1.17.1    
    ports:    
    - containerPort: 80    
    volumeMounts:  # 将logs-volume挂在到nginx容器中，对应的目录为 /var/log/nginx    
    - name: logs-volume      
      mountPath: /var/log/nginx  
  - name: busybox    
    image: busybox:1.30    
    command: ["/bin/sh","-c","tail -f /logs/access.log"] # 初始命令，动态读取指定文件中内容    
    volumeMounts:  # 将logs-volume 挂在到busybox容器中，对应的目录为 /logs    
    - name: logs-volume      
      mountPath: /logs  
  volumes: # 声明volume， name为logs-volume，类型为emptyDir  
  - name: logs-volume    
  emptyDir: {}

1.2 HostPath

EmptyDir中数据不会被持久化，它会随着Pod的结束而销毁，如果想简单的将数据持久化到主机中，可以选择HostPath。

HostPath就是将Node主机中一个实际目录挂在到Pod中，以供容器使用，这样的设计就可以保证Pod销毁了，但是数据依据可以存在于Node主机上。

创建一个volume-hostpath.yaml：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:  
  name: volume-hostpath  
  namespace: dev
spec:  
  containers:  
  - name: nginx    
    image: nginx:1.17.1    
    ports:    
    - containerPort: 80   
    volumeMounts:    
    - name: logs-volume      
      mountPath: /var/log/nginx  
  - name: busybox    
    image: busybox:1.30    
    command: ["/bin/sh","-c","tail -f /logs/access.log"]    
    volumeMounts:    
    - name: logs-volume      
      mountPath: /logs  
  volumes:  
  - name: logs-volume    
    hostPath:       
      path: /root/logs      
      type: DirectoryOrCreate  # 目录存在就使用，不存在就先创建后使用

关于type的值的一点说明：    
DirectoryOrCreate 目录存在就使用，不存在就先创建后使用    
Directory   目录必须存在    
FileOrCreate  文件存在就使用，不存在就先创建后使用    
File 文件必须存在     
Socket  unix套接字必须存在    
CharDevice  字符设备必须存在    
BlockDevice 块设备必须存在

如果在此目录下创建一个文件，到容器中也是可以看到的

1.3 NFS

HostPath可以解决数据持久化的问题，但是一旦Node节点故障了，Pod如果转移到了别的节点，又会出现问题了，此时需要准备单独的网络存储系统，比较常用的用NFS、CIFS。

NFS是一个网络文件存储系统，可以搭建一台NFS服务器，然后将Pod中的存储直接连接到NFS系统上，这样的话，无论Pod在节点上怎么转移，只要Node跟NFS的对接没问题，数据就可以成功访问。

创建volume-nfs.yaml

  volumes:  
  - name: logs-volume    
    nfs:      
      server: 192.168.5.6  #nfs服务器地址      
      path: /root/data/nfs #共享文件路径

2 高级存储

前面已经学习了使用NFS提供存储，此时就要求用户会搭建NFS系统，并且会在yaml配置nfs。由于kubernetes支持的存储系统有很多，要求客户全都掌握，显然不现实。为了能够屏蔽底层存储实现的细节，方便用户使用， kubernetes引入PV和PVC两种资源对象。

PV（Persistent Volume）是持久化卷的意思，是对底层的共享存储的一种抽象。一般情况下PV由kubernetes管理员进行创建和配置，它与底层具体的共享存储技术有关，并通过插件完成与共享存储的对接。

PVC（Persistent Volume Claim）是持久卷声明的意思，是用户对于存储需求的一种声明。换句话说，PVC其实就是用户向kubernetes系统发出的一种资源需求申请。

使用了PV和PVC之后，工作可以得到进一步的细分：

存储：存储工程师维护
PV： kubernetes管理员维护
PVC：kubernetes用户维护

2.1 PV

PV是存储资源的抽象，下面是资源清单文件:

apiVersion: v1  
kind: PersistentVolume
metadata:  
  name: pv2
spec:  
  nfs: # 存储类型，与底层真正存储对应  
  capacity:  # 存储能力，目前只支持存储空间的设置    
    storage: 2Gi  
  accessModes:  # 访问模式  
  storageClassName: # 存储类别  
  persistentVolumeReclaimPolicy: # 回收策略

PV 的关键配置参数说明：

存储类型

底层实际存储的类型，kubernetes支持多种存储类型，每种存储类型的配置都有所差异
存储能力（capacity）

目前只支持存储空间的设置( storage=1Gi )，不过未来可能会加入IOPS、吞吐量等指标的配置

访问模式（accessModes）

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）：读写权限，但是只能被单个节点挂载
- ReadOnlyMany（ROX）：只读权限，可以被多个节点挂载
- ReadWriteMany（RWX）：读写权限，可以被多个节点挂载
需要注意的是，底层不同的存储类型可能支持的访问模式不同
回收策略（persistentVolumeReclaimPolicy）

当PV不再被使用了之后，对其的处理方式。目前支持三种策略：
- 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 /thevolume/*
- Delete （删除）与 PV 相连的后端存储完成 volume 的删除操作，当然这常见于云服务商的存储服务
需要注意的是，底层不同的存储类型可能支持的回收策略不同
存储类别

PV可以通过storageClassName参数指定一个存储类别
- 具有特定类别的PV只能与请求了该类别的PVC进行绑定
- 未设定类别的PV则只能与不请求任何类别的PVC进行绑定
状态（status）

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）：表示 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

创建pv.yaml

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:  
  name:  pv1
spec:  
  capacity:     
    storage: 1Gi  
  accessModes:  
  - ReadWriteMany  
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain  
  nfs:    
    path: /root/data/pv1    
    server: 192.168.5.6

---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:  
  name:  pv2
spec:  
  capacity:     
    storage: 2Gi  
  accessModes:  
  - ReadWriteMany  
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain  
  nfs:    
    path: /root/data/pv2    
    server: 192.168.5.6

2.2 PVC

PVC是资源的申请，用来声明对存储空间、访问模式、存储类别需求信息。下面是资源清单文件:

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:  
  name: pvc  
  namespace: dev
spec:  
  accessModes: # 访问模式  
  selector: # 采用标签对PV选择  
  storageClassName: # 存储类别  
  resources: # 请求空间    
    requests:      
      storage: 5Gi

PVC 的关键配置参数说明：

访问模式（accessModes）

用于描述用户应用对存储资源的访问权限

选择条件（selector）

通过Label Selector的设置，可使PVC对于系统中己存在的PV进行筛选
存储类别（storageClassName）

PVC在定义时可以设定需要的后端存储的类别，只有设置了该class的pv才能被系统选出
资源请求（Resources ）

描述对存储资源的请求

申请pv

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:  
  name: pvc1  
  namespace: dev
spec:  
  accessModes:   
  - ReadWriteMany  
  resources:    
    requests:      
      storage: 1Gi

创建pods.yaml, 使用pv

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:  
  name: pod1  
  namespace: dev
spec:  
  containers:  
  - name: busybox    
    image: busybox:1.30    
    command: ["/bin/sh","-c","while true;do echo pod1 >> /root/out.txt; sleep 10; done;"]    
    volumeMounts:    
    - name: volume      
      mountPath: /root/  
  volumes:    
    - name: volume      
      persistentVolumeClaim:        
        claimName: pvc1        
        readOnly: false

2.3 生命周期

PVC和PV是一一对应的，PV和PVC之间的相互作用遵循以下生命周期：

资源供应：管理员手动创建底层存储和PV
资源绑定：用户创建PVC，kubernetes负责根据PVC的声明去寻找PV，并绑定

在用户定义好PVC之后，系统将根据PVC对存储资源的请求在已存在的PV中选择一个满足条件的
- 一旦找到，就将该PV与用户定义的PVC进行绑定，用户的应用就可以使用这个PVC了
- 如果找不到，PVC则会无限期处于Pending状态，直到等到系统管理员创建了一个符合其要求的PV
PV一旦绑定到某个PVC上，就会被这个PVC独占，不能再与其他PVC进行绑定了
资源使用：用户可在pod中像volume一样使用pvc

Pod使用Volume的定义，将PVC挂载到容器内的某个路径进行使用。
资源释放：用户删除pvc来释放pv

当存储资源使用完毕后，用户可以删除PVC，与该PVC绑定的PV将会被标记为“已释放”，但还不能立刻与其他PVC进行绑定。通过之前PVC写入的数据可能还被留在存储设备上，只有在清除之后该PV才能再次使用。
资源回收：kubernetes根据pv设置的回收策略进行资源的回收

对于PV，管理员可以设定回收策略，用于设置与之绑定的PVC释放资源之后如何处理遗留数据的问题。只有PV的存储空间完成回收，才能供新的PVC绑定和使用

3 配置存储

8.3.1 ConfigMap

ConfigMap是一种比较特殊的存储卷，它的主要作用是用来存储配置信息的。

创建configmap.yaml，内容如下：

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:  
  name: configmap  
  namespace: dev
data:  
  info: |    
    username:admin    
    password:123456

接下来创建一个pod-configmap.yaml，将上面创建的configmap挂载进去

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:  
  name: pod-configmap  
  namespace: dev
spec:  
  containers:  
  - name: nginx    
    image: nginx:1.17.1    
    volumeMounts: # 将configmap挂载到目录    
    - name: config      
      mountPath: /configmap/config  
  volumes: # 引用configmap  
  - name: config    
    configMap:      
      name: configmap

如果更新configmap的内容, 容器中的值也会动态更新

3.2 Secret

在kubernetes中，还存在一种和ConfigMap非常类似的对象，称为Secret对象。它主要用于存储敏感信息，例如密码、秘钥、证书等等。

编写secret.yaml，并创建Secret

apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:  
  name: secret  
  namespace: dev
type: Opaque
data:  
  username: YWRtaW4=  
  password: MTIzNDU2

创建pod-secret.yaml，将上面创建的secret挂载进去：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:  
  name: pod-secret  
  namespace: dev
spec:  
  containers:  
  - name: nginx    
    image: nginx:1.17.1    
    volumeMounts: # 将secret挂载到目录    
    - name: config      
      mountPath: /secret/config  
  volumes:  
  - name: config    
    secret:      
      secretName: secret