【Kubernetes】PV和PVC

PV、PVC概念

持久卷(PersistentVolume,PV)是集群中的一块存储,可以由管理员事先供应,或者 使用存储类(Storage Class)来动态供应。 持久卷是集群资源,就像节点也是集群资源一样。PV 持久卷和普通的 Volume 一样,也是使用 卷插件来实现的,只是它们拥有独立于任何使用 PV 的 Pod 的生命周期。 此 API 对象中记述了存储的实现细节,无论其背后是 NFS、iSCSI 还是特定于云平台的存储系统。

持久卷申请(PersistentVolumeClaim,PVC)表达的是用户对存储的请求。概念上与 Pod 类似。 Pod 会耗用节点资源,而 PVC 申领会耗用 PV 资源。Pod 可以请求特定数量的资源(CPU 和内存);同样 PVC 申领也可以请求特定的大小和访问模式 ;

用户在创建pod时使用存储卷只需要关心对应名称空间的pvc对象;而对应pv是需要集群管理管理员定义;后端存储是专门的存储管理员负责管理;pv是k8s上的一种标准资源,全称叫做 PersistentVolume 翻译成中文就是持久存储卷;它主要作用是把后端存储中的某个逻辑单元,映射为k8s上的pv资源;pv是集群级别的资源;任意名称空间都可以直接关联某一个pv;关联pv的过程我们叫做绑定pv;而对应名称空间关联某一pv需要使用pvc资源来定义;pvc全称PersistentVolumeClaim的缩写,意思就是持久存储卷申请;

在一个名称空间下创建一个pvc就是把对应名称空间同集群上的某一pv做绑定;一旦一个名称空间绑定了一个pv后,对应的pv就会从available状态转变成bond状态,其他名称空间将不能再使用,只有对应pv是available状态才能正常的被其他名称空间关联绑定;

简单讲pvc和pv的关系是一一对应的,一个pv只能对应一个pvc;至于同一名称空间下的多个pod是否能够同时使用一个PVC取决pv是否允许多路读写,对应pv是否支持多路读写取决后端存储系统;不同类型的存储系统,对应访问模式也有所不同。访问模式有三种,单路读写(ReadWriteOnce简称RWO),多路读写(ReadWriteMany简称RWX),多路只读(ReadOnlyMany简称ROX);

PV、PVC、和POD的关系如下图:

示例

创建pv的yaml文件

$:~/kubernetes/pv$ cat pv-v1.yaml 
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: nfs-pv-v1
  labels:
    storsystem: nfs-v1
    rel: stable
spec:
  capacity:
    storage: 1Gi
  volumeMode: Filesystem
  accessModes: ["ReadWriteOnce","ReadWriteMany","ReadOnlyMany"]
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  mountOptions:
  - hard
  - nfsvers=4.1
  nfs:
    path: /nfs/data
    server: 10.1.3.205

创建PV资源以及PV字段详解

kind

在创建pv的配置文件时, kind 字段要指定为 PersistentVolume

spec.capcity

这个字段是对持久性卷的资源和容量的描述;
spec.capacity.storage字段用来描述pv的存储用量;
为了序列化,关于存储容量使用 storage 字段来声明,值是使用 i 来结尾,比如 1Gi150Mi

spec.volumeMode

spec.volumeMode 字段用来描述对应存储系统提供的存储卷类型接口;该字段有以下这些值:

  • Filesystem(文件系统)
  • Block(块)

默认是 Filesystem

spec.accessModes

spec.accessModes代表着这个卷在挂载pod上的访问模式,该字段有以下值:

ReadWriteOnce
卷可以被一个节点以读写方式挂载。 ReadWriteOnce 访问模式也允许运行在同一节点上的多个 Pod 访问卷。

ReadOnlyMany
卷可以被多个节点以只读方式挂载。

ReadWriteMany
卷可以被多个节点以读写方式挂载。

ReadWriteOncePod
卷可以被单个 Pod 以读写方式挂载。 如果你想确保整个集群中只有一个 Pod 可以读取或写入该 PVC, 请使用ReadWriteOncePod 访问模式。这只支持 CSI 卷以及需要 Kubernetes 1.22 以上版本。

在命令行接口(CLI)中,访问模式也使用以下缩写形式:

  • RWO - ReadWriteOnce
  • ROX - ReadOnlyMany
  • RWX - ReadWriteMany
  • RWOP - ReadWriteOncePod

spec.persistentVolumeReclaimPolicy

该字段代表着一个PV卷被释放时所出的动作和存储卷回收策略,持久卷回收策略有3种:
Delete
表示当pvc删除以后,对应pv也随之删除;

Recycle
表示当pvc删除以后,对应pv的数据也随之被删除;

Retain
表示当pvc被删除以后,pv原封动,即pv也在,对应数据也在

该卷如果是手动创建,那回收策略默认是Recycle;
如果是动态创建,回收策略则是Delete

spec.mountOptions

mountOptions字段用来指定挂载选项,具体请看kubernetes官网-持久卷挂载选项

spec.nodeAffinity

每个 PV 卷可以通过设置节点亲和性来定义一些约束,进而限制从哪些节点上可以访问此卷。 使用这些卷的 Pod 只会被调度到节点亲和性规则所选择的节点上执行。 要设置节点亲和性,配置 PV 卷 .spec 中的 nodeAffinity持久卷 API 参考关于该字段的更多细节。

spec.storageClassName

此持久卷卷所属的StorageClass的名称。空值表示此卷不属于任何StorageClass。

想要查看更详细的文件字段信息,请查看kubernetesAPI文档—PersistentVolumeSpec

PV的状态

每个卷会处于以下阶段(Phase)之一:
Available(可用)
卷是一个空闲资源,尚未绑定到任何申领;

Bound(已绑定)
该卷已经绑定到某申领;

Released(已释放)
所绑定的申领已被删除,但是资源尚未被集群回收;

Failed(失败)
卷的自动回收操作失败。

查看PV状态

使用命令 describe 查看PV的详细状态

$ kubectl describe pv nfs-pv-v1
Name:            nfs-pv-v1
Labels:          rel=stable
                 storsystem=nfs-v1
Annotations:     <none>
Finalizers:      [kubernetes.io/pv-protection]
StorageClass:    
Status:          Available
Claim:           
Reclaim Policy:  Retain
Access Modes:    RWO,ROX,RWX
VolumeMode:      Filesystem
Capacity:        1Gi
Node Affinity:   <none>
Message:         
Source:
    Type:      NFS (an NFS mount that lasts the lifetime of a pod)
    Server:    10.1.3.205
    Path:      /nfs/data
    ReadOnly:  false
Events:        <none>

从上面信息可以看出,该PV的状态为Available,回收策略是Retain,访问模式是RWO,ROX,RWX,卷模式是Filesystem,容量为 1G,卷类型是 nfs,地址是10.1.3.205,path地址是/nfs/data

创建PVC资源

$ cat pvc-v1.yaml 
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pvc-pv
  namespace: default
  labels:
    storsystem: nfs-v1
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  volumeMode: Filesystem
  resources:
    requests:
      storage: 500Mi
    limits:
      storage: 800Mi
  selector:
    matchLabels:
      storsystem: nfs-v1
      rel: stable  

kind

在创建pv的配置文件时, kind 字段要指定为 PersistentVolumeClaim

spec.accessModes

spec.accessModes字段是用来指定其pvc的访问模式,一般这个模式是被pv的accessModes包含,也就说pvc的访问模式必须是pv的子集,即等于小于pv的访问模式;

spec.volumeMode

与PV资源的配置保持一致

spec.resources

resources用来描述对应pvc的存储空间限制,requests用来描述对应pvc最小容量限制,limits用来描述最大容量限制;

spec.selector

标签选择器,声明可以指定标签选择器以进一步筛选卷集。只有标签与选择器匹配的卷才能绑定到声明。选择器可以由两个字段组成
matchLabels
卷必须具有具有此值的标签

matchExpressions
通过指定键、值列表以及与键和值相关的运算符而制定的要求列表。有效运算符包括In、NotIn、Exists和DOESNOTEXTIST。

所有的需求,从匹配标签和匹配表达式,都是和在一起的——它们必须全部满足才能匹配。

应用该pvc配置文件,在查看pv和pvc的状态

## 获取pv信息
$ kubectl get pv
NAME        CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS   CLAIM            STORAGECLASS   REASON   AGE
nfs-pv-v1   1Gi        RWO,ROX,RWX    Retain           Bound    default/pvc-pv                           23h

## 获取pvc信息
$ kubectl get pvc
NAME     STATUS    VOLUME      CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
pvc-pv   Bound     nfs-pv-v1   1Gi        RWO,ROX,RWX                   28m

从以上信息可以看出,在应用PVC配置之后,PV的状态就由 Available 转变为 Bound,已经被PVC所绑定。

创建Pod挂载PVC

创建Pod的配置文件

$ cat pod-pv-nginx-yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx-pv
  namespace: default
  labels:
    app:  tomcat
spec:
  containers:
  - name:  nginx
    image: nginx:1.14-alpine
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    volumeMounts:
    - mountPath: /nfs/data
      name: nfs-pv
  volumes: 
  - name: nfs-pv
    persistentVolumeClaim:
      claimName: pvc-pv

pod在使用PVC的时候只需要在 spec.volumes 字段中声明该卷的类型是PVC,然后填上PVC的名字即可;
应用该配置,进入容器内的/nfs/data目录中写入数据,看nfs卷中是否有相对应的数据出现;

## 进入容器中
$ kubectl exec -it pod/nginx-pv -- sh
/ # ls /nfs/data
index.html

## 进入挂载目录并且创建文件
/ # cd /nfs/data
/ # touch test-nfs-pv
/ # ls
index.html   test-nfs-pv

## 退出容器,进入nfs挂载目录,看是否已经有对应的test-nfs-pv文件了
$ cd /nfs/data
:/nfs/data$ ls
index.html  test-nfs-pv

## 挂载成功

删除PV、PVC和Pod

在pod有挂载PVC,PVC又绑定PV的情况下,正确的删除顺序是

  1. 删除pod
  2. 删除PVC
  3. 删除PV

如果没有按照这个顺序去删除的话,会出现一些情况:

在没有删除pod的情况下,删除pvc
删除操作会被阻塞,结束操作后在查看pvc,状态为 Terminating

在没有删除pod的情况下,删除pv
删除操作会被阻塞,状态为 Terminating

正确删除顺序删除pod、pvc、pv
删除pod后,对应的pvc状态保持不变;删除对应pvc以后,对应pv的状态就从bound状态转变为Released状态,表示等待回收;我们在资源清单中使用的是Retain回收策略,pv和pvc都是我们人工手动回收;

posted @ 2022-01-09 14:31  孟冬十九  阅读(137)  评论(0编辑  收藏  举报