Kubernetes学习笔记（五）：卷

简介

卷是Pod的一部分，与Pod共享生命周期。它不是独立的Kubernetes对象，因此不能单独创建。

卷提供的存储功能不但可以解决容器重启后数据丢失的问题，还可以使数据在容器间共享。

一些卷的类型：

• emptyDir：用于存储临时数据的空目录
• hostPath：用于将目录从工作节点挂载到pod
• gitRepo：通过检出Git仓库的内容来初始化的卷
• nfs：挂载到pod中的nfs共享卷
• configMap、secret、downwardAPI：用于将Kubernetes部分资源和集群信息公开给pod的特殊类型的卷
• persistentVolumeClaim：一种使用预置或者动态配置的持久存储类型

单个容器可以同时使用不同类型的多个卷。

emptyDir

emptyDir卷对于在同一个pod中运行的容器之间共享文件特别有用。但也可以被单个容器用于将数据临时写入磁盘。

下面的例子中，Pod包含两个容器，这个两个容器分别将卷html挂载到容器内的不同路径，实现了文件共享。html-generator每隔一秒写入当前时间到index.html，web-server提供web服务使index.html可以被访问。

# volume-share-pod.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: volume-share
spec:
  containers:
    - image: alpine		# 容器镜像一
      name: html-generator
      volumeMounts:		# 将名为html的卷挂载到容器的/var/html
      - name: html
        mountPath: /var/html
      command: ["sh","-c","mkdir /var/html; while :; do echo $(date) > /var/html/index.html;sleep 1;done"]
    - image: nginx:alpine	#容器镜像二
      name: web-server
      volumeMounts:		# 与上面相同的卷卷挂载到容器的/usr/share/nginx/html
      - name: html
        mountPath: /usr/share/nginx/html
        readOnly: true
      ports:
      - containerPort: 80
  volumes:			# 创建一个名为html的卷
  - name: html
    emptyDir: {}

创建pod，设置端口转发

-> [root@kube0.vm] [~] k create -f volume-share-pod.yaml
pod/volume-share created

-> [root@kube0.vm] [~] k port-forward volume-share 80:80
Forwarding from 127.0.0.1:80 -> 80
Forwarding from [::1]:80 -> 80

发出请求

-> [root@kube0.vm] [~] curl http://localhost
Sun May 24 01:14:48 UTC 2020
-> [root@kube0.vm] [~] curl http://localhost
Sun May 24 01:14:49 UTC 2020

如果进行下面的改动，emptyDir的内容会存在内存中

  volumes:
  - name: html
    emptyDir: 
      medium: Memory

gitRepo

gitRepo卷基本上也是一个emptyDir卷，它在容器启动前从git仓库检出填充数据。

当git仓库内容发生改变时，对已存在的Pod内的gitRepo卷是不可见的。但启动新的Pod时会检出最新的。

下面的例子中，该pod创建了一个名为html的gitRepo卷的，创建一个提供web服务的容器web-server，并将卷html挂载到web-server的/usr/share/nginx/html。

# volume-gitrepo-pod.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: volume-gitrepo
spec:
  containers:
    - image: nginx:alpine
      name: web-server
      volumeMounts:
      - name: html
        mountPath: /usr/share/nginx/html
        readOnly: true
      ports:
      - containerPort: 80
  volumes:		# 创建一个名为html的gitRepo卷
  - name: html
    gitRepo:
      repository: https://github.com/orccn/kube-dockerfile.git	# 仓库地址
      revision: master	# 分支
      directory: .	# 检出到卷的根目录

创建pod，设置端口转发

-> [root@kube0.vm] [~] k create -f volume-gitrepo-pod.yaml
pod/volume-gitrepo created

-> [root@kube0.vm] [~] k port-forward volume-gitrepo 80:80
Forwarding from 127.0.0.1:80 -> 80
Forwarding from [::1]:80 -> 80

发出请求

-> [root@kube0.vm] [~] curl http://localhost/etcd/Dockerfile
FROM k8s.gcr.io/etcd:3.4.3-0

hostPath

hostPath卷提供的是映射到工作节点本地的持久存储。所以应仅当需要在工作节点上读写文件时才使用hostPath

下例中，Pod中创建一个名为html的hostPath卷挂载到工作节点的 /tmp/html，容器volume-hostpath将卷html挂载到/var/html，并且向其中写入文件。

# volume-hostpath-pod.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: volume-hostpath
spec:
  containers:
    - image: alpine
      name: volume-hostpath
      command: ["sh","-c","mkdir /var/html; while :; do echo $(date) > /var/html/index.html;sleep 1;done"]
      volumeMounts:
      - name: html
        mountPath: /var/html
  volumes:
  - name: html
    hostPath:
      path: /tmp/html

创建volume-hostpath，查看其部署在哪个节点。

-> [root@kube0.vm] [~] k create -f volume-hostpath-pod.yaml
pod/volume-hostpath created

-> [root@kube0.vm] [~] k get po -o wide
NAME              READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP            NODE       NOMINATED NODE   READINESS GATES
volume-hostpath   1/1     Running   0          9m32s   10.244.1.11   kube1.vm   <none>           <none>

进入节点kube1.vm

-> [root@kube1.vm] [~] cat /tmp/html/index.html
Sun May 24 02:26:14 UTC 2020

PV与PVC

PV（PersistentVolume持久卷）也是一种资源，并且不属于任何命名空间。它的功能与卷类似，但是它的生命周期是独立于Pod的。PV由集群管理员创建，并被Pod通过PVC（PersistentVolumeClaim，持久卷声明）使用。

在创建PV时，管理员可以指定其大小和支持的访问模式：

• ReadWriteOnce（RWO）：仅允许单个节点挂载读写
• ReadOnlyMany（ROX）：允许多个节点挂载只读
• ReadWriteMany（RWX）：允许多个节点挂载读写

一个卷不论支持多少种访问模式，同时只能以一种访问模式加载。

创建PV

管理员在创建PV时需要指定，PV的大小、访问模式、实际存储类型、路径等。

# pv.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: mypv
spec:
  capacity:
    storage: 10Mi	# 定义大小
  accessModes:	# 支持单个客户端挂在为读写模式或者多个客户端只读模式
  - ReadWriteOnce
  - ReadOnlyMany
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain	# 当声明被释放后，PV将被保留
  hostPath:
    path: /tmp/pv

条件有限，所以存储类型只能先选hostPath用着，接下来创建pv并查看

-> [root@kube0.vm] [~] k create -f pv.yaml
persistentvolume/volume-pv created

-> [root@kube0.vm] [~] k get pv
NAME   CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS      CLAIM   STORAGECLASS   REASON   AGE
mypv   10Mi       RWO,ROX        Retain           Available                                   4s

创建PVC

假设要部署一个需要持久化存储的Pod，将要用到持久卷，但是不能在Pod中直接使用，需要先声明一个。

# pvc.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: mypvc
spec:
  resources:
    requests:
      storage: 10Mi
  accessModes:
  - ReadWriteOnce
  storageClassName: ""

PVC创建好后，Kubernetes会寻找适当的PV将其绑定到PVC。持久卷必须要足够大，并且包含声明中指定的访问模式。

-> [root@kube0.vm] [~] k create -f pvc.yaml
persistentvolumeclaim/mypvc created

-> [root@kube0.vm] [~] k get pv,pvc
NAME                    CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS   CLAIM           STORAGECLASS   REASON   AGE
persistentvolume/mypv   10Mi       RWO,ROX        Retain           Bound    default/mypvc                           7m11s

NAME                          STATUS   VOLUME   CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
persistentvolumeclaim/mypvc   Bound    mypv     10Mi       RWO,ROX                       9s

可以看到持久卷被绑定到default/mypvc声明上，default是mypvc的命名空间。PV不存在命名空间的概念，但是PVC只能在特定命名空间创建。

Pod中使用PVC

# use-pvc-pod.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: use-pvc
spec:
  containers:	# 这里的内容与volume-share.yaml的一样，所以功能不再赘叙，
    - image: alpine
      name: html-generator
      volumeMounts:
      - name: html
        mountPath: /var/html
      command: ["sh","-c","mkdir /var/html; while :; do echo $(date) > /var/html/index.html;sleep 1;done"]
  volumes:
  - name: html
    persistentVolumeClaim:	# 这里使用了PVC类型，制定了PVC的名字
      claimName: mypvc

创建Pod

-> [root@kube0.vm] [~] k create -f use-pvc-pod.yaml
pod/use-pvc created

-> [root@kube0.vm] [~] k get po -o wide
NAME      READY   STATUS    RESTARTS   AGE    IP            NODE       NOMINATED NODE   READINESS GATES
use-pvc   1/1     Running   0          4m1s   10.244.1.12   kube1.vm   <none>           <none>

与kube1.vm查看是否写入了内容

-> [root@kube1.vm] [~] cat /tmp/pv/index.html
Sun May 24 06:43:02 UTC 2020

回收PV

删除PVC后，查看PV，可以看到此时的状态是Released，而不是之前的Available。

-> [root@kube0.vm] [~] k delete pvc mypvc
persistentvolumeclaim "mypvc" deleted

-> [root@kube0.vm] [~] k get pv
NAME   CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS     CLAIM           STORAGECLASS   REASON   AGE
mypv   10Mi       RWO,ROX        Retain           Released   default/mypvc                           35s

这时候在创建PVC，会发现mypvc的状态一直是Pending，因为没有可用的PV。所以，persistentVolumeReclaimPolicy设置为Retain的PV需要手动删除重建才能恢复可用。

-> [root@kube0.vm] [~] k create -f  pvc.yaml
persistentvolumeclaim/mypvc created

-> [root@kube0.vm] [~] k get pvc
NAME    STATUS    VOLUME   CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
mypvc   Pending                                                     16s

persistentVolumeReclaimPolicy用来设置回收策略，其他两种是Recycle和Delete。可以在现有的PV上更改卷回收策略，比如开始设置为Delete，可以改为Retain。

PV与PVC的声明周期，以及在Pod中的使用

StorageClass

使用PV与PVC可以使开发人员不用关心实际的存储技术，但是仍然需要集群管理人员来支持实际的存储。可以通过创建StorageClass资源解决此问题。

StorageClass的作用是：为引用它的PVC在创建的时候通过置备程序创建一个PV。

工作流程简介：

• 集群管理员根据不同性能及特性创建若干个StorageClass
• 开发人员创建一个引用StorageClass的PVC
• Kubernetes查找引用的StorageClass置备程序，并按照PVC的访问模式和存储大小置备新的PV

因为环境问题，下面的例子使用minikube运行。

创建StorageClass

# storageclass-fast.yaml
apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: fast
provisioner: k8s.io/minikube-hostpath
parameters:
  type: pd-ssd

运行查看

-> [feifei@ffmac.local] [~/work/k8s] kubectl create -f storageclass-fast.yaml
storageclass.storage.k8s.io/fast created

-> [feifei@ffmac.local] [~/work/k8s] kubectl get sc
NAME                 PROVISIONER                RECLAIMPOLICY   VOLUMEBINDINGMODE   ALLOWVOLUMEEXPANSION   AGE
fast                 k8s.io/minikube-hostpath   Delete          Immediate           false                  114m
standard (default)   k8s.io/minikube-hostpath   Delete          Immediate           false                  117m

创建PVC引用StorageClass

# pvc-storageclass.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pvc-sc
spec:
  resources:
    requests:
      storage: 10Mi
  accessModes:
  - ReadWriteOnce
  storageClassName: fast	# 引用了上面名为fast的StorageClass

可以看到，成功创建了一个名为pvc-be95fa9c-0666-4e3b-a2e2-a68c0bbea6f6的持久卷，绑定的持久卷声明是default/pvc-sc。访问模式与存储大小与pvc-sc的都一致。

-> [feifei@ffmac.local] [~/work/k8s] kubectl create -f pvc-storageclass.yaml
persistentvolumeclaim/pvc-sc created

-> [feifei@ffmac.local] [~/work/k8s] kubectl get pv
NAME                                       CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS   CLAIM            STORAGECLASS   REASON   AGE
pvc-be95fa9c-0666-4e3b-a2e2-a68c0bbea6f6   10Mi       RWO            Delete           Bound    default/pvc-sc   fast                    3m36s

-> [feifei@ffmac.local] [~/work/k8s] kubectl get pvc
NAME     STATUS   VOLUME                                     CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
pvc-sc   Bound    pvc-be95fa9c-0666-4e3b-a2e2-a68c0bbea6f6   10Mi       RWO            fast           3m40s

不指定存储类的动态配置

如果将PVC配置中的storageClassName设置为空，那么创建PVC时将优先绑定到预先配置的PV，而不是由StorageClass配置新的PV。

流程图

小结

• 卷是Pod的一部分，与Pod共享生命周期。它不是独立的Kubernetes对象，因此不能单独创建。
• 卷提供的存储功能不但可以解决容器重启后数据丢失的问题，还可以使数据在容器间共享。
• gitRepo卷基本上相当于emptyDir，它在容器启动前从git仓库检出填充数据。但git仓库与gitRepo的内容并不保持同步。
• hostPath卷提供的是映射到工作节点本地的持久存储
• PV是一种资源，并且不属于任何命名空间。它的功能与卷类似，但是它的生命周期是独立于Pod的。PV由集群管理员创建，并被Pod通过PVC使用。
• PVC创建好后，Kubernetes会寻找适当的PV将其绑定到PVC。持久卷必须要足够大，并且包含声明中指定的访问模式。
• 可以在现有的PV上更改卷回收策略，比如开始设置为Delete，可以改为Retain。
• StorageClass为引用它的PVC在创建的时候通过置备程序创建一个PV
• 如果将PVC配置中的storageClassName设置为空，那么创建PVC时将优先绑定到预先配置的PV，而不是由StorageClass配置新的PV。