【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 1Gi、150Mi。

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；